Naturen är ganska bra på att göra vissa typer av kemi. Till exempel, vatten omvandlas kontinuerligt till dess beståndsdelar, syre, protoner, och elektroner, och tillbaka igen som ett sätt att lagra och använda energi från växter och djur. Teknik baserad på naturliga kemiska vägar kan hjälpa till att möta mänsklighetens växande energibehov. Specialiserade enzymer som finns i växt- och djurceller för vissa kemiska reaktioner har inspirerat kemister att försöka reproducera naturliga processer i artificiella solceller och bränsleceller.

Nu, forskare baserade vid Kyushu University har utvecklat en enda katalysator som kan fungera som både en bränslecell som förbrukar väte för att frigöra energi och ett fotosyntetiskt system som kan göra syre med solenergi. Gruppen rapporterade nyligen sina fynd i ChemCatChem .

"Människor har tidigare försökt artificiellt replikera beteendet hos hydrogenas och fotosystem II, "säger motsvarande författare professor Seiji Ogo från Kyushu University." Men vår är den första studien som kombinerar dessa två mycket specifika biologiska funktioner till ett enda katalytiskt system som kan göra båda. "

Hydrogenas är ett enzym som finns i organismer som fungerar som en naturlig bränslecell, förbrukar väte för energi. Fotosystem II gör att växter kan förvandla vatten till syre under solljus. Båda dessa processer involverar oxidationer, där antingen väte eller vattenmolekyler ger upp några av sina elektroner.

Forskarna syntetiserade en katalysator som innehåller metallen iridium, som kan acceptera och släppa ett antal elektroner. De visade att i en bränslecell, deras katalysator producerade elektrisk kraft genom att acceptera elektroner från väte. Byte av stödmaterial i katalysatorn kan generera ström från solljus genom en cykel som involverar oxidation av vatten.

Forskarna lyckades isolera kemikalien och använda röntgendiffraktion för att ge nya insikter om dess struktur och beteende som katalysator för första gången. Motsvarande författare professor Seiji Ogo säger, "Effekten på vårt system är fortfarande ganska låg för alla praktiska tillämpningar, men detta arbete representerar en unik demonstration av två olika typer av energiproducerande processer från en enda katalysator. Vi hoppas att dessa fynd visar att kemister fortfarande har mycket att lära av naturliga processer. "