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Daniel G. Nocera

Daniel George Nocera (nacido el 3 de julio de 1957) es un químico estadounidense , actualmente profesor Patterson Rockwood de Energía en el Departamento de Química y Biología Química de la Universidad de Harvard . [1] Es miembro de la Academia Nacional de Ciencias y de la Academia Estadounidense de Artes y Ciencias . En 2006 fue descrito como una "fuerza importante en el campo de la fotoquímica y la fotofísica inorgánicas". [2] La revista Time lo incluyó en su lista de 2009 de las 100 personas más influyentes. [3] [4]

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 multielectrónicos y la 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 hojas artificiales. La empresa fue comprada por Lockheed Martin en 2014.

Temprana edad y educación

Daniel George Nocera nació el 3 de julio de 1957 en Medford, Massachusetts . Se graduó de Bergenfield High School , Bergenfield, Nueva Jersey , en 1975. [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 sobre espectroscopia , electroquímica y fotoquímica de complejos polinucleares unidos entre metales . [9] [10] Su trabajo con Gray incluyó el primer examen experimental de la transferencia de electrones en proteínas modificadas con rutenio , desde entonces considerado "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 mudó al Instituto de Tecnología de Massachusetts como profesor de química en 1997, [11] y se desempeñó como profesor de energía WM Keck (2002-2007) y profesor de energía Henry Dreyfus (2007-2013). [12] Fue director del Proyecto Revolución Solar en el MIT, fundado en 2008. [13] [14] [15] Se convirtió en codirector del Centro Eni Solar Frontiers en el MIT cuando se creó el 7 de julio de 2008. . [dieciséis]

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, Massachusetts, [1] [17] donde se convirtió en Profesor Patterson Rockwood de Energía. [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 la fotosíntesis artificial surge de su investigación básica sobre los mecanismos de conversión de energía en biología y química, particularmente aquellos que involucran estados excitados multielectrónicos 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 ampliarse para satisfacer las demandas energéticas a largo plazo. Destaca que los científicos deben considerar la economía de los materiales que proponen utilizar como fuentes de energía y tecnologías de almacenamiento, si quieren desarrollar alternativas energéticas viables. [24] [25]

Estados excitados multielectrónicos

Se considera que los primeros trabajos de Nocera sobre enlaces de dos electrones y estados excitados de múltiples electrones establecieron 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 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 exhaustivamente los estados excitados de complejos y grupos metálicos. [28] El espectro de excitación de dos fotones de un complejo metal-metal con enlace cuádruple retorcido completó la descripción de los cuatro estados necesarios para el enlace cuádruple prototípico de un complejo de metal de transición. [2] [29]

Basándose en las ideas de valencia mixta de dos electrones, Heyduk y Nocera desarrollaron un fotocatalizador molecular impulsado por luz. La absorción de luz provocó que se rompieran los dos enlaces RhII-X de un compuesto de dirodio, lo que dio como resultado un catalizador de rodio activo que podía reaccionar con ácidos hidrohálicos. [22] Se considera que su informe de 2001 sobre la generación de H 2 a partir de ácido halohálico utilizando un fotocatalizador molecular ha "abierto la puerta" a la producción fotocatalítica de 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 anódico para la oxidación del agua, capaz de dividir el agua en gases de hidrógeno y oxígeno. [31] [32] Su catalizador utilizaba cobalto y fosfato , materiales relativamente económicos y fáciles de obtener. [31] [33] [34] El catalizador fue capaz de dividir el agua en oxígeno y protones utilizando la luz solar, y potencialmente podría acoplarse a un catalizador productor de gas hidrógeno, como el platino. Aunque el catalizador se estropeó durante la catálisis, pudo 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. Un sistema de este tipo requeriría avances tanto tecnológicos como comerciales para crear componentes económicamente viables para el almacenamiento de hidrógeno, paneles solares y pilas 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. Un dispositivo de este tipo podría proporcionar energía a hogares en zonas 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 célula solar de silicio estaba recubierta con una fina película de catalizador de cobalto en un lado, sobre una membrana protectora para evitar que el silicio se oxida, 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 coste, la construcción de la infraestructura fotovoltaica, todavía se consideraba demasiado caro para desplazar las fuentes de energía existentes. [43] [44] Según se informa, Nocera estaba "intimidado por los desafíos de llevar la tecnología al mercado". [45] No obstante, 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 de negocio hacia 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, Sun Catalytix fue adquirida por Lockheed Martin , porque estaba interesada en utilizar la batería de flujo en su microrred. [37] [47] [49] [4]

Transferencia de electrones acoplados a protones

El otro ámbito en el que Nocera se considera pionero 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 demuestra un modelo para dicho estudio en 1992. [2] [50] Uso de porfirina de Zn como donante y 3 ,4-dinitrobenzoico como aceptor, su equipo demostró la fotoexcitación de la porfirina de Zn y un proceso de transferencia de electrones que utiliza un enlace de hidrógeno. Esto también ilustró la viabilidad del enfoque como modelo para estudiar la conversión de energía biológica. [2] 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 kagome S = 1/2 , de interés para el estudio de sistemas frustrados por espín y mecanismos de conducción en superconductores ; [52] desarrollo de quimiosensores ópticos de microfluidos para uso a microescala y nanoescala; [53] [54] y técnicas de velocimetría de etiquetado molecular (MTV). [55]

Nocera ha publicado más de 225 artículos . [56] [57] Es coeditor de Photochemistry and Radiation Chemistry (1998). [58] Ha formado parte de consejos asesores científicos y consejos 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 honores, incluidos los siguientes: [60]

En 2021 fue elegido miembro de la Sociedad Filosófica Estadounidense . [71]

Ver también

Referencias

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enlaces externos