Att publicera en vetenskaplig artikel med stor genomslagskraft är en betydande prestation för forskare. Det är ännu bättre att vara med på tidskriftens omslag.

En ny studie visar framsteg inom området för katalysforskning, med breda tillämpningar för innovativ energiteknik.

Gary Moore, en biträdande professor vid School of Molecular Sciences och en forskare vid Biodesign Center for Applied Structural Discovery, och hans team vann den eftertraktade äran när deras forskningsartikel, "Elektrokatalytiska egenskaper hos binukleära Cu(II) fusionerade porfyriner för väteutveckling, " valdes ut för omslaget till oktoberupplagan av ACS-katalys .

Moores doktorander, Diana Khusnutdinova och Brian Wadsworth, var huvudförfattarna till studien. Jason Drees, tidigare multimediautvecklare för Biodesign designade tidskriftsomslaget.

"Det är alltid ett nöje att låta andra lägga märke till min grupps forskning, " sa Moore.

Etablerat 2011, ACS-katalys är en peer-reviewed tidskrift som publicerar manuskript som täcker experimentell och teoretisk forskning om material och molekyler som är katalytiska till sin natur. Katalysatorer spelar en viktig roll i energiomvandlingsprocesser inom biologi och teknologi. De agerar för att tillhandahålla lågenergivägar för kemiska reaktioner och hittar sin väg in i applikationer som sträcker sig från bränsletillverkning till att styra de bioenergetiska reaktioner som är nödvändiga för alla levande organismer.

Moores labb studerar hur katalytiska material som drivs av solceller kan producera energi för att möta människors behov samtidigt som miljöpåverkan minimeras. Enligt Moore, deras studier är inspirerade av den process som växter och andra fotosyntetiska organismer använder för att omvandla solljus till bränslen genom en serie fotokemiska reaktioner.

"Denna process driver vår biosfär och levererade de fossila bränslen som våra moderna samhällen är beroende av, " sa Moore.

Omslagsbilden illustrerar den molekylära strukturen hos den rapporterade katalysatorn, en binukleär koppar(II)-fusionerad porfyrin som är sammansatt av två porfyrinmakrocykler, samt föreningen av två protoner för att syntetisera väte (H2). Studien undersöker de elektrokatalytiska egenskaperna hos porfyrinerna i denna väteutvecklingsreaktion.

"I vår senaste ACS-katalys publikation beskriver vi en ny klass av katalysatorer för att driva väteutvecklingsreaktionen (HER), ", sade Moore. "Produkten av denna reaktion är ett bränsle och en viktig kemisk råvara. Den rapporterade katalysatorn använder ett molekylärt ramverk för att hysa två kopparmetallcentra. Under lämpliga förhållanden, en enda molekyl av katalysatorn producerar mer än 2, 000, 000 molekyler väte per sekund. Denna hastighetskonstant är bland de högsta rapporterade i litteraturen."

Genom att förstå de fysikaliska och kemiska egenskaperna hos dessa elektrokatalysatorer, Moore tror att ytterligare förbättring av deras katalytiska egenskaper är möjlig.

Med mänskliga energibehov snabbt ökande och med allvarliga farhågor om miljöpåverkan från fossilbränsleekonomin, rena alternativ i energiproduktionen är ett desperat behov. Forskning som Moores kan bana väg för en mer hållbar framtid som gör det möjligt för människor att möta akuta energibehov med en mer miljövänlig, koldioxidsnål regim.

"Vi föreställer oss att de lovande egenskaperna hos katalysatorn som beskrivs i vår nuvarande rapport kommer att ge en grund för att uppnå ny energiteknik som kräver förbättrad kontroll av materia och energi på molekylär nivå, "Sade Moore. "Mänskligt konstruerade system som kan omvandla solljus och vatten till bränslen erbjuder ett lovande tillvägagångssätt för att få en hållbar energiframtid."

Som Moore förklarar, en innovation som får denna studie att sticka ut är användningen av koppar i stället för branschens standard, platina.

"Den sedan länge etablerade industriella katalysatorn för att aktivera denna reaktion är elementär platina. oro för att framtida marknadskrav på platina och andra sällsynta jordartsmetaller skulle kunna överträffa tillgängligheten har fått forskare att söka alternativa material och designprinciper för att förbereda katalysatorer för produktion av väte och andra industriellt relevanta kemikalier, " sa Moore.

Studien banade inte bara vägen för användning av koppar i väteutvecklingsreaktioner, men det gav också resultat på kinetiken förknippad med föreningen.

"Den kopparbaserade enheten uppnår en av de högsta maximala omsättningsfrekvenserna som rapporterats för en molekylär väteutvecklingsreaktionskatalysator, " sa Moore.

Moore och hans team driver uppföljningsstudier som kommer att fortsätta att belysa de elektrokatalytiska egenskaperna hos dessa sammansättningar.

"Medlemmar i mitt forskarlag och jag, inklusive Diana Khusnutdinova och Brian Wadsworth, är för närvarande i Frankrike för att utföra in situ röntgenabsorptionsmätningar vid SOLEIL synkrotron. Dessa studier kommer att undersöka den elektroniska strukturen hos katalysatorn som beskrivs i vår nuvarande ACS-katalys artikel och annat relaterat material, ", tillade Moore.

Arbete pågår också för närvarande med katalysatorer som använder andra typer av jordnära metallcentra och molekylbaserade ställningar för att hysa dem, som Moores grupp ser fram emot att rapportera om inom en snar framtid.