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Understanding Carbon-neutral Hydrogen Production by Nature’s Hydrogen Evolution Catalyst

Projektbeschreibung

Einblicke in die CO2-neutrale Wasserstofferzeugung

Wasserstoffgas (H2) gilt als vielversprechender Energieträger. Allerdings ist industriell genutztes H2 allgemein mit erheblichen CO2-Emissionen verbunden. Da hocheffiziente H2-Katalysatoren auf seltenen Elementen beruhen, die im großen Maßstab nicht erschwinglich sind, sind Katalysatoren aus auf der Erde reichlich vorkommenden Elementen erforderlich. Das Enzym [FeFe]-Hydrogenase katalysiert die H2-Produktion mit hohen Erträgen, in wässrigen Lösungen und bei geringer Überspannung, aber darauf beruhende synthetische Katalysatoren sind weniger effizient. Daher bedarf es Grundlagenforschung, um die Hydrogenase-Katalyse besser zu verstehen. Das EU-finanzierte Projekt Nat-HEC zielt darauf ab, die zugrunde liegende Hydridchemie der [FeFe]-Hydrogenase unter Umsatzbedingungen zu ergründen. Die Katalyse wird durch einen Laserpuls initiiert und durch transiente Absorptionsspektroskopie überwacht. Diese Arbeit wird der Gestaltung synthetischer Katalysatoren auf der Basis von auf der Erde reichlich vorkommenden Elementen den Weg ebnen.

Ziel

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.

Wissenschaftliches Gebiet (EuroSciVoc)

Programm/Programme

Thema/Themen

Finanzierungsplan

MSCA-IF-EF-ST - Standard EF

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Aufforderung zur Vorschlagseinreichung

(öffnet in neuem Fenster) H2020-MSCA-IF-2019

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Koordinator

UPPSALA UNIVERSITET
Netto-EU-Beitrag
€ 191 852,16
Adresse
VON KRAEMERS ALLE 4
751 05 Uppsala
Schweden
Region
Östra Sverige Östra Mellansverige Uppsala län
Aktivitätstyp
Higher or Secondary Education Establishments
Links
Gesamtkosten
€ 191 852,16