Daniel G. Nocera

El trabajo inicial de Nocera sobre enlaces de dos electrones y estados excitados multielectrónicos se considera que estableció 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 electrón y los compuestos de valencia mixta de dos electrones pueden ser análogos: los compuestos de valencia mixta de un electrón pueden reaccionar en pasos de un electrón, mientras que los compuestos de valencia mixta de dos 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 complejos y cúmulos metálicos. ^{[ 28 ]} El espectro de excitación de dos fotones de un complejo metal-metal de 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 ]}

Partiendo de las ideas de valencia mixta de dos electrones, Heyduk y Nocera desarrollaron un fotocatalizador molecular activado por luz. La absorción de luz provocó la ruptura de los dos enlaces RhII-X de un compuesto de dirrodio, lo que dio como resultado un catalizador de rodio activo capaz de reaccionar con ácidos hidrohálicos. ^{[ 22 ]} Su informe de 2001 sobre la generación de H₂ _a partir de ácido halohálico mediante un fotocatalizador molecular se considera que "abrió la puerta" a la producción fotocatalítica de combustibles. ^{[ 2 ] [ 18 ] [ 30 ]}

En 2008, se creyó que Nocera y el becario postdoctoral Matthew Kanan habían dado un paso importante hacia la fotosíntesis artificial , al crear un electrocatalizador anódico para la oxidación del agua, capaz de separar el agua en hidrógeno y oxígeno. ^{[ 31 ] [ 32 ]} Su catalizador utilizaba cobalto y fosfato , materiales relativamente económicos y fáciles de obtener. ^{[ 31 ] [ 33 ] [ 34 ]} El catalizador era capaz de separar el agua en oxígeno y protones utilizando la luz solar, y potencialmente podría acoplarse a un catalizador productor de hidrógeno como el platino. Aunque el catalizador se descomponía durante la catálisis, podía repararse a sí mismo. ^{[ 35 ]}

En 2009, Nocera creó Sun Catalytix, una empresa emergente para desarrollar un prototipo de sistema que convirtiera la luz solar en hidrógeno almacenable para la producción de electricidad. Este sistema requeriría avances tecnológicos y 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 un acuerdo con el Grupo Tata de la India para impulsar la investigación y el desarrollo. El objetivo era crear una planta miniatura autónoma capaz de proporcionar suficiente energía personalizada para alimentar una vivienda pequeña. Este dispositivo podría suministrar energía a hogares en zonas aisladas actualmente 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 una carta de juego, capaz de separar el agua en oxígeno e hidrógeno con una eficiencia diez veces mayor que la de 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 la oxidación del silicio, 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 mejores inventos de 2011. ^{[ 42 ]}

Sin embargo, en mayo de 2012, Sun Catalytix declaró que no ampliaría la producción del prototipo. El factor determinante de su costo, la construcción de la infraestructura fotovoltaica, seguía considerándose demasiado caro para sustituir las fuentes de energía existentes. ^{[ 43 ] [ 44 ]} Según se informó, Nocera se sintió "abatido 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 ]}

Con la esperanza de desarrollar un producto que pudiera lanzarse al mercado 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 comercial. ^{[ 47 ] [ 48 ]} En 2014, Sun Catalytix fue adquirida por Lockheed Martin , debido a su interés en utilizar la batería de flujo en su microrred. ^{[ 37 ] [ 47 ] [ 49 ] [ 4 ]}

Otra área en la que Nocera es considerado un pionero es la transferencia de electrones acoplada a protones (PCET). Si bien no fue el creador de 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 demostraba un modelo para dicho estudio en 1992. ^{[ 2 ] [ 50 ]} Utilizando porfirina de Zn como donante y ácido 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 ]} La PCET se ha convertido en una técnica importante para estudiar la conversión de energía en procesos biológicos a nivel molecular. ^{[ 2 ] [ 51 ]}

Otras contribuciones incluyen la síntesis de una red kagome S = 1/2 , de interés para el estudio de sistemas con frustración de espín y mecanismos de conducción en superconductores ; ^{[ 52 ]} el desarrollo de quimiosensores ópticos microfluídicos para su 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 fundador de Inorganic Chemistry Communications , ^{[ 2 ]} y fue el presidente fundador del consejo editorial de ChemSusChem . ^{[ 59 ]}