La publication d'un article scientifique à fort impact est une réalisation importante pour les chercheurs. Être présenté sur la couverture du journal, c'est encore mieux.

Une nouvelle étude décrit les avancées dans le domaine de la recherche sur la catalyse, avec de larges applications pour les technologies énergétiques innovantes.

Gary Moore, professeur assistant à la Faculté des sciences moléculaires et chercheur au Biodesign Center for Applied Structural Discovery, et son équipe ont remporté l'honneur tant convoité lorsque leur article de recherche, "Propriétés électrocatalytiques des porphyrines fusionnées binucléées Cu (II) pour l'évolution de l'hydrogène, " a été sélectionné pour la couverture de l'édition d'octobre de Catalyse ACS .

les étudiants diplômés de Moore, Diana Khusnutdinova et Brian Wadsworth, étaient les principaux auteurs de l'étude. Jason Drees, ancien développeur multimédia pour Biodesign a conçu la couverture de la revue.

"C'est toujours un plaisir que les autres portent une attention particulière aux recherches de mon groupe, ", a déclaré Moore.

Créé en 2011, Catalyse ACS est une revue à comité de lecture qui publie des manuscrits couvrant la recherche expérimentale et théorique sur les matériaux et les molécules de nature catalytique. Les catalyseurs jouent un rôle essentiel dans les processus de conversion d'énergie en biologie et en technologie. Ils agissent pour fournir des voies à faible énergie pour les réactions chimiques et trouvent leur place dans des applications allant de la fabrication de carburants au guidage des réactions bioénergétiques essentielles à tous les organismes vivants.

Le laboratoire de Moore étudie les façons dont les matériaux catalytiques alimentés par le photovoltaïque peuvent produire de l'énergie pour répondre aux besoins humains tout en minimisant l'impact environnemental. Selon Moore, leurs études s'inspirent du processus que les plantes et autres organismes photosynthétiques utilisent pour convertir la lumière du soleil en combustibles grâce à une série de réactions photochimiques.

"Ce processus alimente notre biosphère et fournit les combustibles fossiles dont dépendent nos sociétés modernes, ", a déclaré Moore.

La couverture illustre la structure moléculaire du catalyseur rapporté, une porphyrine fusionnée au cuivre(II) binucléée qui est composée de deux macrocycles de porphyrine, ainsi que l'union de deux protons pour synthétiser de l'hydrogène (H2). L'étude explore les propriétés électrocatalytiques des porphyrines dans cette réaction de dégagement d'hydrogène.

« Dans notre récent Catalyse ACS publication, nous décrivons une nouvelle classe de catalyseur pour conduire la réaction de dégagement d'hydrogène (HER), " Moore a déclaré. " Le produit de cette réaction est un carburant et une matière première chimique importante. Le catalyseur rapporté utilise un cadre moléculaire pour abriter deux centres métalliques de cuivre. Dans des conditions appropriées, une seule molécule du catalyseur en produit plus de 2, 000, 000 molécules d'hydrogène par seconde. Cette constante de vitesse est parmi les plus élevées rapportées dans la littérature. »

En comprenant les propriétés physiques et chimiques de ces électrocatalyseurs, Moore pense qu'une amélioration supplémentaire de leurs propriétés catalytiques est possible.

Avec l'augmentation rapide de la demande en énergie humaine et de sérieuses inquiétudes concernant les impacts environnementaux de l'économie des combustibles fossiles, des alternatives propres dans la production d'énergie sont désespérément nécessaires. Des recherches comme celle de Moore pourraient ouvrir la voie à un avenir plus durable qui permettra aux humains de répondre à des besoins énergétiques aigus avec un environnement plus respectueux de l'environnement, régime bas carbone.

"Nous imaginons que les caractéristiques prometteuses du catalyseur décrites dans notre rapport actuel fourniront une base pour la réalisation de nouvelles technologies énergétiques nécessitant un contrôle amélioré de la matière et de l'énergie au niveau moléculaire, ", a déclaré Moore. "Les systèmes conçus par l'homme capables de convertir la lumière du soleil et l'eau en carburants offrent une approche prometteuse pour obtenir un avenir énergétique durable."

Comme l'explique Moore, une innovation qui distingue cette étude est l'utilisation du cuivre au lieu de la norme de l'industrie, platine.

"Le catalyseur industriel établi de longue date pour activer cette réaction est le platine élémentaire. Cependant, les craintes que les futures demandes du marché pour le platine et d'autres éléments des terres rares dépassent la disponibilité ont incité les chercheurs à rechercher des matériaux et des principes de conception alternatifs pour préparer des catalyseurs pour la production d'hydrogène et d'autres produits chimiques pertinents pour l'industrie, ", a déclaré Moore.

Non seulement l'étude a ouvert la voie à l'utilisation du cuivre dans les réactions de dégagement d'hydrogène, mais elle a également donné des résultats sur la cinétique associée au composé.

"L'assemblage à base de cuivre atteint l'une des fréquences de renouvellement maximales les plus élevées signalées pour un catalyseur de réaction de dégagement d'hydrogène moléculaire, ", a déclaré Moore.

Moore et son équipe poursuivent des études de suivi qui continueront à faire la lumière sur les propriétés électrocatalytiques de ces assemblages.

"Les membres de mon équipe de recherche et moi-même, dont Diana Khusnutdinova et Brian Wadsworth, sont actuellement en France pour effectuer des mesures d'absorption de rayons X in situ au synchrotron SOLEIL. Ces études porteront sur la structure électronique du catalyseur décrit dans notre Catalyse ACS article et autres matériaux connexes, ", a ajouté Moore.

Des travaux sont également en cours impliquant des catalyseurs qui utilisent d'autres types de centres métalliques abondants en terre et des échafaudages moléculaires pour les abriter, dont le groupe de Moore a hâte de rendre compte dans un proche avenir.