Daniel G. Nocera

Daniel Nocera
Nocera talar på PopTech
Född	Daniel George Nocera ( 1957-07-03 ) 3 juli 1957 Medford, Massachusetts
Alma mater	Rutgers University (BS) California Institute of Technology (PhD)
Känd för	Konstgjord fotosyntes
Vetenskaplig karriär
Fält	Kemi
institutioner	Harvard University Michigan State University
Avhandling	Spektroskopi, elektrokemi och fotokemi av polynukleära metall-metallbundna komplex ( 1984)
Doktorand rådgivare	Harry B. Gray
Doktorander	Jenny Y. Yang , Christopher Chang , Michelle C. Chang , Zoe Pikramenou , Kwabena Bediako
Andra framstående studenter	Jillian Lee Dempsey
Hemsida	nocera .harvard .edu

Daniel George Nocera (född 3 juli 1957) är en amerikansk kemist , för närvarande Patterson Rockwood professor i energi vid Institutionen för kemi och kemisk biologi vid Harvard University . Han är medlem av National Academy of Sciences och American Academy of Arts and Sciences . 2006 beskrevs han som en "stor kraft inom området oorganisk fotokemi och fotofysik". Time inkluderade honom på 2009 års lista över de 100 mest inflytelserika personerna.

Nocera har öppnat nya områden av grundforskning om mekanismerna för energiomvandling inom biologi och kemi, inklusive studiet av exciterade multielektrontillstånd och protonkopplad elektronöverföring (PCET). Han arbetar med forskningsapplikationer inom artificiell fotosyntes och solbränslen , inklusive ett "konstgjort blad" som efterliknar fotosyntes i växter. 2009 bildade Nocera Sun Catalytix, en startup för utveckling av det konstgjorda bladet. Företaget köptes av Lockheed Martin 2014.

tidigt liv och utbildning

Daniel George Nocera föddes den 3 juli 1957 i Medford, Massachusetts . Han tog examen från Bergenfield High School , Bergenfield, New Jersey , 1975.

Nocera gick på Rutgers University , där han arbetade med Lester R. Morss och Joseph Potenza. Nocera fick en kandidatexamen i kemi från Rutgers University 1979.

Han gick sedan på California Institute of Technology , där han doktorerade i kemi 1984 för sitt arbete med professor Harry B. Gray om spektroskopi , elektrokemi och fotokemi av polynukleära metall-metallbundna komplex . Hans arbete med Gray inkluderade den första experimentella undersökningen av elektronöverföring i rutenium -modifierade proteiner, sedan ansett som "ett kännetecken för forskning om proteinelektronöverföring".

Karriär och forskning

Nocera började på fakulteten vid Michigan State University 1984 som biträdande professor och blev professor vid MSU 1990.

Han flyttade till Massachusetts Institute of Technology som professor i kemi 1997, och fungerade som WM Keck professor i energi (2002–2007) och Henry Dreyfus professor i energi (2007–2013). Han var chef för Solar Revolution Project vid MIT, som grundades 2008. Han blev meddirektör för Eni Solar Frontiers Center vid MIT när det skapades den 7 juli 2008.

I februari 2012 gick Nocera med på att flytta sin forskargrupp till Institutionen för kemi och kemisk biologi vid Harvard University i Cambridge, Massachusetts, där han blev Patterson Rockwood-professor i energi.

Noceras stora intresseområden är biologisk och kemisk energiomvandling, med fokus på mekanismer på molekylär nivå och fotogenerering av väte och syre. Hans arbete med artificiell fotosyntes växer fram ur hans grundforskning om mekanismer för energiomvandling inom biologi och kemi, särskilt de som involverar exciterade multielektrontillstånd och protonkopplad elektronöverföring (PCET).

Nocera hävdar att en bättre förståelse av fotosyntesprocessen är avgörande för utvecklingen av energistrategier, eftersom solenergi har potential att skala upp för att möta långsiktiga energibehov. Han betonar att forskare måste överväga ekonomin i de material de tänker använda för energikällor och för lagringsteknik, om de ska utveckla livskraftiga energialternativ.

Multielektronexciterade tillstånd

Noceras tidiga arbete med två-elektronbindningar och multielektronexciterade tillstånd anses ha etablerat nya paradigm inom exciterade tillståndskemi. Tanken bakom blandad valens med två elektroner är att blandvalensföreningar med enelektron och blandvalensföreningar med två elektroner kan vara analoga: föreningar med blandad valens med en elektron kan reagera i enelektronsteg medan tvåelektronblandningar -valensföreningar kan reagera i två-elektronsteg. Vidare kan en tvåelektronbindning förutsägas ge upphov till fyra multielektroniska tillstånd. Nocera och hans labb har utförligt studerat de exciterade tillstånden hos metallkomplex och kluster. Två fotonexcitationsspektrum för ett vridet fyrdubbelbindningsmetall-metallkomplex avslutade beskrivningen av de fyra erforderliga tillstånden för den prototypiska fyrdubbelbindningen av ett övergångsmetallkomplex.

Med utgångspunkt i idéerna om tvåelektroners blandad valens utvecklade Heyduk och Nocera en ljusdriven molekylär fotokatalysator. Absorptionen av ljus gjorde att de två RhII-X-bindningarna i en dirhodiumförening bröts, vilket resulterade i en aktiv rodiumkatalysator som kunde reagera med halogenvätesyror. Deras rapport från 2001 om generering av H ₂ från halohalic acid med hjälp av en molekylär fotokatalysator anses ha "öppnat dörren" för fotokatalytisk produktion av bränslen.

Det konstgjorda bladet

År 2008 troddes Nocera och postdoktor Matthew Kanan ha tagit ett viktigt steg mot artificiell fotosyntes , när de skapade en anodelektrokatalysator för oxidation av vatten, som kan dela upp vatten till väte och syrgas . Deras katalysator använde kobolt och fosfat , relativt billiga och lättillgängliga material. Katalysatorn kunde dela vatten till syre och protoner med solljus och kunde potentiellt kopplas till en vätgasproducerande katalysator som platina. Även om katalysatorn gick sönder under katalysen kunde den reparera sig själv.

2009 bildade Nocera Sun Catalytix, en startup för att utveckla en prototypdesign för ett system för att omvandla solljus till lagringsbart väte som kan användas för att producera el. Ett sådant system skulle kräva både tekniska och kommersiella genombrott för att skapa ekonomiskt lönsamma komponenter för vätgaslagring, solpaneler och bränsleceller. I oktober 2010 skrev Nocera på med Tata Group of India för att ytterligare stödja forskning och utveckling. Idealet var att skapa en fristående miniatyranläggning som kan ge tillräckligt med "personlig energi" för att driva ett litet hem. En sådan enhet skulle kunna ge ström till hem i isolerade områden som för närvarande är otillgängliga.

År 2011 tillkännagav Nocera och hans forskargrupp skapandet av det första praktiska "konstgjorda lövet": en avancerad solcell i storleken på ett spelkort, kapabel att dela vatten till syre och väte med tio gånger effektivare naturlig fotosyntes. Silikonsolcellen var belagd med en tunn film av koboltkatalysator på ena sidan, över ett skyddande membran för att förhindra att kislet oxiderade, och en nickelbaserad katalysator på den andra sidan, för att dela väte från vatten. Det konstgjorda bladet fanns med i Time Magazines lista över de 50 bästa uppfinningarna 2011.

Men i maj 2012 uppgav Sun Catalytix att det inte skulle skala upp prototypen. Den dominerande avgörande faktorn för dess kostnad, byggandet av solcellsinfrastrukturen, ansågs fortfarande vara för dyrt för att ersätta befintliga energikällor. Nocera var enligt uppgift "skräckt av utmaningarna med att föra ut tekniken på marknaden." Ändå fortsätter forskare vid Harvard och på andra håll att undersöka det konstgjorda bladets möjligheter, och letar efter sätt att minska kostnaderna och öka effektiviteten.

Lågkostnad flödesbatteri

I hopp om att utveckla en produkt som snabbare skulle kunna lanseras på marknaden, fokuserade Sun Catalytix om sin affärsmodell på att utveckla ett lågkostnadsuppladdningsbart flödesbatteri för användning i nät- och kommersiell lagring. 2014 förvärvades Sun Catalytix av Lockheed Martin , eftersom man var intresserad av att använda flödesbatteriet i sitt mikronät.

Protonkopplad elektronöverföring

Det andra området där Nocera anses vara en pionjär är protonkopplad elektronöverföring (PCET). Även om han inte kom med idén att elektronöverföring och protonöverföring kunde studeras som kopplade processer, publicerade han en av de grundläggande artiklarna som demonstrerade en modell för en sådan studie 1992. Använder Zn-porfyrin som en donator och 3,4-dinitrobensoesyra som en acceptor, hans team demonstrerade fotoexcitation av Zn-porfyrin och en elektronöverföringsprocess med användning av en vätebindning. Detta illustrerade också användbarheten av tillvägagångssättet som en modell för att studera biologisk energiomvandling. PCET har blivit en viktig teknik för att studera energiomvandling i biologiska processer på molekylär nivå.

Annan forskning

Andra bidrag inkluderar syntes av ett S = 1/2 kagome-gitter , av intresse för studiet av spin-frustrerade system och ledningsmekanismer i supraledare ; utveckling av mikrofluidiska optiska kemosensorer för användning i mikroskala och nanoskala; och molekylär märkningshastighetsteknik (MTV).

Nocera har publicerat över 225 artiklar . Han är medredaktör för Photochemistry and Radiation Chemistry ( 1998). Han har suttit i vetenskapliga rådgivande styrelser och redaktioner för flera stora företag. Han var den första redaktören för Inorganic Chemistry Communications och var den inledande ordföranden för redaktionen för ChemSusChem .

Pris och ära

Nocera har mottagit ett antal utmärkelser och utmärkelser, inklusive följande:

• Eni-Italgas pris för energi och miljö (2005)
• Medlem, American Academy of Arts and Sciences (2005)
• Inter-American Photochemistry Award in Photochemistry (2006)
• första mottagaren av Burghausen Chemistry Award (2007)
• Harrison Howe Award från Rochester Sektion av ACS (2008)
• Medlem, National Academy of Sciences (2009)
• American Chemical Society Award i oorganisk kemi (2009)
• American Crystallographic Associations Elizabeth A. Wood Award (2011)
• Leigh Ann Conn-priset för förnybar energi från University of Louisville (2015)
• Ira Remsen Award för kemi (2012)

2021 valdes han in i American Philosophical Society .

Se även

• MIT Chemistry Department
• Fotoelektrokemisk cell
• Giacomo Luigi Ciamician

externa länkar

• Forskningsgruppen för Daniel G. Nocera webbplats
• SunCatalytix.com Företagets webbplats
• Dan Nocera: Personlig energivideo från PopTech!
• SOLAR ENERGY: CAPTURING THE SUN En 5-dagars kortkurs Dan Nocera undervisar på MIT i augusti