A hierarchical cluster-model approach to understand the catalytic water splitting at calcium-manganese-oxide centers
用于理解钙锰氧化物中心催化水分解的分层聚类模型方法
基本信息
- 批准号:300369766
- 负责人:
- 金额:--
- 依托单位:
- 依托单位国家:德国
- 项目类别:Research Grants
- 财政年份:2016
- 资助国家:德国
- 起止时间:2015-12-31 至 2020-12-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
Nature realized the solar energy driven catalytic water splitting reaction with earth abundant metal oxides in the oxygen evolving complex in photosystem II. The catalytic center of this complex consists of a CaMn4O5 cluster embedded in protein ligands inside the thylakoid membrane of plants, algae, and cyanobacteria. In this project we aim to develop a new hierarchical approach to probe fundamental concepts of the water splitting reaction employing isolated, mass-selected calcium-manganese-oxide clusters as simplified models of the natural catalytic water splitting center. The reactions of these clusters with water (and other relevant ligands such as isotopically labeled water, O2, H2, etc.) will be systematically studied in a gas phase ion trap experiment as a function of the exact size and composition of the CaxMnyOz clusters (that is, of the complexity of the system). These investigations can provide direct experimental evidence for the ability of the different clusters to dissociate water and to mediate the catalytic formation of H2, O2, or H2O2. Kinetic experiments enable the postulation of the detailed reaction mechanisms and, in conjunction with first principles calculations, permit molecular level insight into the catalytic reactions. Furthermore, selected cluster systems will be investigated by infrared vibrational spectroscopy and ultraviolet/visible photodissociation spectroscopy in order to obtain experimental insight into the geometrical structure of the clusters. Based on all the obtained results it is envisaged to develop a conceptual framework that can provide guidelines for the rational design of calcium-manganese-oxide based catalysts for the splitting of water. In this respect the gas phase experiment offers the unique possibility to precisely control and tune important parameters which determine the catalytic water splitting abilities with hierarchically increasing complexity of the materials like the size of the catalytic center, the oxidation state of the involved manganese atoms, the contribution of the calcium atoms, and the geometrical structure of the active complex.
大自然在光系统II的放氧络合物中实现了太阳能驱动的催化水分解反应与地球上丰富的金属氧化物的反应。该复合物的催化中心由嵌入植物、藻类和蓝细菌类囊体膜内蛋白质配体中的 CaMn4O5 簇组成。在这个项目中,我们的目标是开发一种新的分层方法来探讨水分解反应的基本概念,采用分离的、质量选择的钙锰氧化物簇作为天然催化水分解中心的简化模型。这些团簇与水(以及其他相关配体,如同位素标记的水、O2、H2 等)的反应将在气相离子阱实验中系统地研究,作为 CaxMnyOz 团簇的精确尺寸和组成的函数(即系统的复杂性)。这些研究可以为不同簇解离水和介导 H2、O2 或 H2O2 催化形成的能力提供直接的实验证据。动力学实验可以假设详细的反应机制,并结合第一性原理计算,可以在分子水平上深入了解催化反应。此外,选定的团簇系统将通过红外振动光谱和紫外/可见光解离光谱进行研究,以获得对团簇几何结构的实验了解。基于所有获得的结果,设想开发一个概念框架,为合理设计用于水分解的钙锰氧化物基催化剂提供指导。在这方面,气相实验提供了精确控制和调整重要参数的独特可能性,这些参数决定了催化水分解能力,并且材料的复杂性逐级增加,例如催化中心的大小、涉及的锰原子的氧化态、钙原子的贡献以及活性络合物的几何结构。
项目成果
期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Dimensionality dependent water splitting mechanisms on free manganese oxide clusters.
游离氧化锰簇的维数依赖水分解机制。
- DOI:10.1021/nl4031456
- 发表时间:2013-10-28
- 期刊:
- 影响因子:10.8
- 作者:S. M. Lang;I. Fleischer;T. Bernhardt;R. Barnett;U. L;man;man
- 通讯作者:man
Infrared Spectroscopy of Gas Phase MnxOy(CO2)z+ Complexes.
气相 MnxOy(CO2)z 配合物的红外光谱。
- DOI:10.1021/acs.jpca.9b11258
- 发表时间:2020-01-29
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Nina Zimmermann;T. Bernhardt;J. Bakker;R. Barnett;U. L;man;man;S. M. Lang
- 通讯作者:S. M. Lang
Infrared photodissociation spectroscopy of di-manganese oxide cluster cations.
二氧化锰簇阳离子的红外光解光谱
- DOI:10.1039/c9cp04586d
- 发表时间:2019
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:N. T. Zimmermann; T. M. Bernhardt; J. M. Bakker; U. L;man; S. M. Lang
- 通讯作者:S. M. Lang
Energetic Stabilization of Carboxylic Acid Conformers by Manganese Atoms and Clusters.
锰原子和簇对羧酸构象的能量稳定
- DOI:10.1021/acs.jpca.0c03315
- 发表时间:2020
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:S. M. Lang; T. M. Bernhardt; J. M. Bakker; R. N. Barnett; U. L;man
- 通讯作者:man
Water Deprotonation via Oxo-Bridge Hydroxylation and 18O-Exchange in Free Tetra-Manganese Oxide Clusters
通过氧化桥羟基化和游离四氧化锰簇中的 18O 交换进行水去质子化
- DOI:10.1021/jp5106532
- 发表时间:2015-01-05
- 期刊:
- 影响因子:3.7
- 作者:S. M. Lang;I. Fleischer;T. Bernhardt;R. Barnett;U. L;man;man
- 通讯作者:man
{{
item.title }}
{{ item.translation_title }}
- DOI:
{{ item.doi }} - 发表时间:
{{ item.publish_year }} - 期刊:
- 影响因子:{{ item.factor }}
- 作者:
{{ item.authors }} - 通讯作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ patent.updateTime }}
Professor Dr. Thorsten M. Bernhardt其他文献
Professor Dr. Thorsten M. Bernhardt的其他文献
{{
item.title }}
{{ item.translation_title }}
- DOI:
{{ item.doi }} - 发表时间:
{{ item.publish_year }} - 期刊:
- 影响因子:{{ item.factor }}
- 作者:
{{ item.authors }} - 通讯作者:
{{ item.author }}
{{ truncateString('Professor Dr. Thorsten M. Bernhardt', 18)}}的其他基金
Ultraschnelle lichtinduzierte Oberflächenchemie auf Isolator-Substraten
绝缘体基底上的超快光诱导表面化学
- 批准号:
112311783 - 财政年份:2009
- 资助金额:
-- - 项目类别:
Research Grants
Optical spatio-temporal optical control of electron-induced processes at graphene-supported metal cluster nano-structures
石墨烯支撑金属簇纳米结构电子诱导过程的光学时空光学控制
- 批准号:
138792705 - 财政年份:2009
- 资助金额:
-- - 项目类别:
Priority Programmes
Gasphasenuntersuchungen zur Reaktionsdynamik und -kinetik der selektiven katalytischen Oxidation kleiner Kohlenwasserstoffe an reinen und bimetallischen Gold-Clustern
纯金簇和双金属金簇上小分子烃选择性催化氧化反应动力学和动力学的气相研究
- 批准号:
53019640 - 财政年份:2008
- 资助金额:
-- - 项目类别:
Research Grants
Time-resolved photoemission from mass-selected metal clusters and their complexes with biomolecules at insulating surfaces
质量选择的金属簇及其与绝缘表面生物分子的复合物的时间分辨光电发射
- 批准号:
5405993 - 财政年份:2003
- 资助金额:
-- - 项目类别:
Priority Programmes
相似国自然基金
基于团簇加连接原子模型微合金化提升大塑性变形Cu-Cr-Zr合金的组织稳定性
- 批准号:52361024
- 批准年份:2023
- 资助金额:32 万元
- 项目类别:地区科学基金项目
抑郁焦虑共同症状聚集簇模型的构建及与症状相匹配的在线认知行为干预研究
- 批准号:72304104
- 批准年份:2023
- 资助金额:30 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
基于深度生成模型的团簇结构高效搜索和逆向设计
- 批准号:12374254
- 批准年份:2023
- 资助金额:53 万元
- 项目类别:面上项目
基于团簇加连接原子模型的中子毒化耐蚀锆钆合金设计方法及性能研究
- 批准号:
- 批准年份:2022
- 资助金额:30 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
孔眼冲蚀条件下支撑剂运移-多簇裂缝扩展动态耦合模型与高效模拟方法
- 批准号:
- 批准年份:2022
- 资助金额:30 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
相似海外基金
Optimization of monitoring, prediction and phenotyping of deterioration of inhospital patients using machine learning and multimodal real time data
使用机器学习和多模态实时数据优化住院患者病情恶化的监测、预测和表型分析
- 批准号:
10735863 - 财政年份:2023
- 资助金额:
-- - 项目类别:
Enzymatic and genetic strategies for targeting disease-associated microbial metabolites
针对疾病相关微生物代谢物的酶和遗传策略
- 批准号:
10686498 - 财政年份:2023
- 资助金额:
-- - 项目类别:
BIN1-interactome in Alzheimer's disease pathophysiology
BIN1-相互作用组在阿尔茨海默病病理生理学中的作用
- 批准号:
10677190 - 财政年份:2023
- 资助金额:
-- - 项目类别:
Dynamic single-cell analysis instrument to evaluate immune cell function
动态单细胞分析仪评估免疫细胞功能
- 批准号:
10699036 - 财政年份:2023
- 资助金额:
-- - 项目类别: