Daniel George Nocera (nacido el 3 de julio de 1957) es un químico estadounidense , actualmente profesor de energía de Patterson Rockwood en el Departamento de Química y Biología Química de la Universidad de Harvard . [1] Es miembro de la Academia Nacional de Ciencias y la Academia Estadounidense de Artes y Ciencias . En 2006 fue descrito como "una fuerza importante en el campo de la fotoquímica inorgánica y la fotofísica". [2] La revista Time lo incluyó en su lista de 2009 de las 100 personas más influyentes. [3] [4]
Daniel Nocera | |
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![]() Nocera hablando en PopTech | |
Nació | Daniel George Nocera 3 de julio de 1957 |
alma mater | Universidad de Rutgers (BS) Instituto de Tecnología de California (PhD) |
Conocido por | Fotosíntesis artificial |
Carrera científica | |
Campos | Química |
Instituciones | Universidad de Harvard Universidad Estatal de Michigan |
Tesis | Espectroscopia, electroquímica y fotoquímica de complejos polinucleares enlazados metal-metal (1984) |
Asesor de doctorado | Harry B. Gray |
Estudiantes de doctorado | Jenny Y. Yang , Christopher Chang , Michelle C. Chang , Zoe Pikramenou |
Otros estudiantes notables | Jillian Lee Dempsey |
Sitio web | nocera |
Nocera ha abierto nuevas áreas de investigación básica sobre los mecanismos de conversión de energía en biología y química, incluido el estudio de estados excitados de múltiples electrones y transferencia de electrones acoplados a protones (PCET). Trabaja en aplicaciones de investigación en fotosíntesis artificial y combustibles solares , incluida una "hoja artificial" que imita la fotosíntesis en las plantas. [5] En 2009, Nocera formó Sun Catalytix, una startup para el desarrollo de la hoja artificial. Lockheed Martin compró la empresa en 2014.
Temprana edad y educación
Daniel George Nocera nació el 3 de julio de 1957 en Medford, Massachusetts . [5]
Nocera asistió a la Universidad de Rutgers , donde trabajó con Lester R. Morss y Joseph Potenza. [6] Nocera recibió una licenciatura en Química de la Universidad de Rutgers en 1979. [7]
Luego asistió al Instituto de Tecnología de California , donde recibió un doctorado en Química en 1984 [8] por su trabajo con el profesor Harry B. Gray en la espectroscopia , electroquímica y fotoquímica de complejos polinucleares enlazados metal-metal. [9] [10] Su trabajo con Gray incluyó el primer examen experimental de la transferencia de electrones en proteínas modificadas con rutenio , ya que se considera "un sello distintivo de la investigación sobre la transferencia de electrones de proteínas". [2]
Carrera e investigación
Nocera se unió a la facultad de la Universidad Estatal de Michigan en 1984 [5] como profesor asistente y se convirtió en profesor titular en MSU en 1990. [11]
Se trasladó al Instituto de Tecnología de Massachusetts como profesor de química en 1997, [11] sirviendo como profesor de energía WM Keck (2002-2007) y profesor de energía Henry Dreyfus (2007-2013). [12] Fue director del Solar Revolution Project en el MIT, fundado en 2008. [13] [14] [15] Se convirtió en codirector del Eni Solar Frontiers Center en el MIT cuando se creó el 7 de julio de 2008 . [16]
En febrero de 2012, Nocera acordó trasladar su grupo de investigación al Departamento de Química y Biología Química de la Universidad de Harvard en Cambridge, MA, [1] [17] donde se convirtió en Profesor de Energía de Patterson Rockwood. [1]
Las principales áreas de interés de Nocera son la conversión de energía biológica y química, centrándose en los mecanismos a nivel molecular y la fotogeneración de hidrógeno y oxígeno. [18] Su trabajo sobre fotosíntesis artificial surge de su investigación básica sobre los mecanismos de conversión de energía en biología y química, particularmente aquellos que involucran estados excitados de múltiples electrones y transferencia de electrones acoplados a protones (PCET). [19] [20] [21] [22] [23]
Nocera sostiene que una mejor comprensión del proceso de fotosíntesis es esencial para el desarrollo de estrategias energéticas, porque la energía solar tiene el potencial de escalar para satisfacer las demandas de energía a largo plazo. Enfatiza que los científicos deben considerar la economía de los materiales que proponen utilizar para fuentes de energía y tecnologías de almacenamiento, si quieren desarrollar alternativas energéticas viables. [24] [25]
Estados excitados de múltiples electrones
Se considera que los primeros trabajos de Nocera sobre enlaces de dos electrones y estados excitados de múltiples electrones han establecido nuevos paradigmas en la química de estados excitados. [2] La idea detrás de la valencia mixta de dos electrones es que los compuestos de valencia mixta de un solo electrón y los compuestos de valencia mixta de dos electrones pueden ser análogos: los compuestos de valencia mixta de un solo electrón pueden reaccionar en pasos de un electrón, mientras que dos Los compuestos de valencia mixta de electrones pueden reaccionar en pasos de dos electrones. [26] Además, se puede predecir que un enlace de dos electrones dará lugar a cuatro estados multielectrónicos. [2] [27] Nocera y su laboratorio han estudiado extensamente los estados excitados de los complejos y cúmulos de metales. [28] Espectro de excitación de dos fotones de un complejo metal-metal de enlace cuádruple trenzado completó la descripción de los cuatro estados necesarios para el enlace cuádruple prototípico de un complejo de metal de transición. [2] [29]
Sobre la base de las ideas de valencia mixta de dos electrones, Heyduk y Nocera desarrollaron un fotocatalizador molecular impulsado por la luz. La absorción de luz hizo que los dos enlaces RhII-X de un compuesto de dirodio se rompieran, dando como resultado un catalizador de rodio activo que pudo reaccionar con ácidos hidrohálicos. [22] Su informe de 2001 sobre la generación de H 2 se considera a partir de ácido halohalic utilizando un fotocatalizador molecular haber "abierto la puerta" para la producción fotocatalítica de los combustibles. [2] [18] [30]
La hoja artificial
En 2008, se creía que Nocera y el becario postdoctoral Matthew Kanan habían dado un paso importante hacia la fotosíntesis artificial , cuando crearon un electrocatalizador de ánodo para la oxidación del agua, capaz de dividir el agua en gases de hidrógeno y oxígeno. [31] [32] Su catalizador usaba cobalto y fosfato , materiales relativamente baratos y fáciles de obtener. [31] [33] [34] El catalizador fue capaz de dividir el agua en oxígeno y protones usando la luz solar, y potencialmente podría acoplarse a un catalizador productor de gas hidrógeno como el platino. Aunque el catalizador se descompuso durante la catálisis, podría repararse a sí mismo. [35]
En 2009, Nocera formó Sun Catalytix, una startup para desarrollar un diseño prototipo de un sistema para convertir la luz solar en hidrógeno almacenable que podría usarse para producir electricidad. Tal sistema requeriría avances tecnológicos y comerciales para crear componentes económicamente viables para el almacenamiento de hidrógeno, paneles solares y celdas de combustible. [36] [37] En octubre de 2010, Nocera firmó con el Grupo Tata de la India para seguir apoyando la investigación y el desarrollo. Lo ideal era crear una planta en miniatura independiente capaz de proporcionar suficiente "energía personalizada" para alimentar una casa pequeña. Tal dispositivo podría proporcionar energía a hogares en áreas aisladas que actualmente son inaccesibles. [38]
En 2011, Nocera y su equipo de investigación anunciaron la creación de la primera "hoja artificial" práctica: una célula solar avanzada del tamaño de un naipe, capaz de dividir el agua en oxígeno e hidrógeno con una eficiencia diez veces mayor que la fotosíntesis natural. [39] [40] La celda solar de silicio se recubrió con una película delgada de catalizador de cobalto en un lado, sobre una membrana protectora para evitar que el silicio se oxidara, y un catalizador a base de níquel en el otro lado, para separar el hidrógeno del agua. . [41] La hoja artificial apareció en la lista de la revista Time de los 50 inventos principales de 2011. [42]
Sin embargo, en mayo de 2012, Sun Catalytix declaró que no ampliaría el prototipo. El determinante predominante de su costo, la construcción de la infraestructura fotovoltaica, todavía se consideraba demasiado costoso para desplazar las fuentes de energía existentes. [43] [44] Se informó que Nocera estaba "intimidada por los desafíos de llevar la tecnología al mercado". [45] No obstante, los investigadores de Harvard y otros lugares continúan investigando las posibilidades de la hoja artificial, buscando formas de reducir costos y aumentar la eficiencia. [45] [46]
Batería de flujo de bajo costo
Con la esperanza de desarrollar un producto que pudiera comercializarse más rápidamente, Sun Catalytix reorientó su modelo comercial en el desarrollo de una batería de flujo recargable de bajo costo para su uso en almacenamiento a escala de red y a escala comercial. [47] [48] En 2014, Lockheed Martin adquirió Sun Catalytix , porque estaba interesado en utilizar la batería de flujo en su microrred. [37] [47] [49] [4]
Transferencia de electrones acoplada a protones
La otra área en la que Nocera se considera pionera es la transferencia de electrones acoplados a protones (PCET). Si bien no originó la idea de que la transferencia de electrones y la transferencia de protones pudieran estudiarse como procesos acoplados, publicó uno de los artículos fundamentales que demostraban un modelo para dicho estudio en 1992. [2] [50] Usando porfirina de Zn como donante y 3 4, ácido dinitrobenzoico como aceptor, su equipo demostró la fotoexcitación de la porfirina de Zn y un proceso de transferencia de electrones utilizando un enlace de hidrógeno. Esto también ilustró la viabilidad del enfoque como modelo para estudiar la conversión de energía biológica. [2] La PCET se ha convertido en una técnica importante para estudiar la conversión de energía en procesos biológicos a nivel molecular. [2] [51]
Otras investigaciones
Otras contribuciones incluyen la síntesis de una red de kagome S = 1/2 , de interés para el estudio de sistemas de espín frustrado y mecanismos de conducción en superconductores ; [52] desarrollo de quimiosensores ópticos microfluídicos para su uso a microescala y nanoescala; [53] [54] y técnicas de velocimetría de marcado molecular (MTV). [55]
Nocera ha publicado más de 225 artículos . [56] [57] Es coeditor de Photochemistry and Radiation Chemistry (1998). [58] Ha sido miembro de juntas asesoras científicas y juntas editoriales de varias grandes corporaciones. Fue el editor inaugural de Inorganic Chemistry Communications , [2] y fue el presidente inaugural del consejo editorial de ChemSusChem . [59]
Premios y honores
Nocera ha recibido varios premios y distinciones, entre ellos los siguientes: [60]
- Premio Eni-Italgas de Energía y Medio Ambiente (2005) [61]
- Miembro de la Academia Estadounidense de Artes y Ciencias (2005) [62]
- Premio Interamericano de Fotoquímica en Fotoquímica (2006) [2] [63]
- primer galardonado con el premio Burghausen Chemistry Award (2007) [64]
- Premio Harrison Howe de la Sección Rochester de la ACS (2008) [65]
- Miembro de la Academia Nacional de Ciencias (2009) [66]
- Premio de la Sociedad Química Estadounidense en Química Inorgánica (2009) [7] [56]
- Americana cristalográfica Asociación ‘s Elizabeth A. Wood Award (2011 [67] ) [68]
- Premio Leigh Ann Conn de Energía Renovable de la Universidad de Louisville (2015) [69]
- Premio Ira Remsen de química (2012) [70]
En 2021 fue elegido miembro de la American Philosophical Society . [71]
Ver también
- Departamento de Química del MIT
- Celda fotoelectroquímica
- Giacomo Luigi Ciamician
Referencias
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enlaces externos
- Web del Grupo de Investigación de Daniel G. Nocera
- Sitio web de la empresa SunCatalytix.com
- Dan Nocera: Video de energía personalizado de PopTech!
- ENERGÍA SOLAR: CAPTURANDO EL SOL Un curso corto de 5 días que Dan Nocera imparte en el MIT en agosto