Opis projektu
Badania nad neutralną pod względem emisji CO2 produkcją wodoru
Gaz wodorowy (H2) jest uznawany za obiecujący nośnik energii. Wykorzystywanie H2 w przemyśle wiąże się jednak co do zasady z dużą emisją CO2. Wysokowydajne katalizatory wodoru bazują na rzadkich pierwiastkach i nie są opłacalne na dużą skalę, dlatego potrzebne są katalizatory zbudowane z pierwiastków powszechnie występujących w skorupie ziemskiej. Enzym [Fe-Fe]-hydrogenaza szybko katalizuje produkcję H2 w roztworach wodnych i przy niskich nadnapięciach, ale wzorowana na tym procesie kataliza syntetyczna nie jest już tak wydajna. Dlatego potrzebne są badania, które pozwolą zrozumieć katalizę opartą na działaniu hydrogenazy. Celem unijnego projektu Nat-HEC jest zbadanie podstawowych reakcji chemicznych wodoru charakterystycznych dla [FeFe]-hydrogenazy w warunkach aktywności. Kataliza zostanie zainicjowana za pomocą impulsu laserowego i będzie monitorowana za pomocą spektroskopii absorpcji przejściowej. Praca ta utoruje drogę ku opracowaniu katalizy syntetycznej opartej na pierwiastkach powszechnie występujących w skorupie ziemskiej.
Cel
The European Union targets a climate-neutral economy by 2050. In the context of this initiative, hydrogen gas (H2) is regarded as a promising energy carrier; however, about 95% of the H2 industrially consumed originates from steam reformation of fossil resources and is associated with significant CO2 release. High-efficiency H2 catalysts based on rare elements like platinum are not affordable on a larger scale. To address the global need for green energy, catalysts composed of earth abundant elements are desirable.
Natures’ Hydrogen Evolution Catalyst is the enzyme [FeFe]-hydrogenase. It catalyses H2 production with high rates (10 kHz), in aqueous solution (pH 7), and at low over potentials (-420 mV vs. SHE). [FeFe]-hydrogenase inspired the design of numerous synthetic catalysts, none of which could rival the efficiency of the native system. Basic research is necessary to understand hydrogenase catalysis, in particular regarding the metal hydride chemistry prior H2 release.
The objective of this action is to investigate the fundamental hydride chemistry of [FeFe]-hydrogenases under turnover conditions. Catalysis will be initiated via a laser pulse and monitored by transient absorption spectroscopy. Such pump/probe experiments allow following reaction intermediates with sub-turnover time resolution.
The results of this action will inspire a targeted design of synthetic catalyst based on earth abundant elements. Moreover, the developed methodology will facilitate a detailed investigation of related enzymes, catalysing global key processes in nature like N2 or CO2 fixation.
Dziedzina nauki
- natural scienceschemical sciencesinorganic chemistrytransition metals
- natural sciencesphysical sciencesopticsspectroscopyabsorption spectroscopy
- natural scienceschemical sciencescatalysis
- natural sciencesbiological sciencesbiochemistrybiomoleculesproteinsenzymes
- natural sciencesphysical sciencesopticslaser physics
Program(-y)
Temat(-y)
System finansowania
MSCA-IF-EF-ST - Standard EFKoordynator
751 05 Uppsala
Szwecja