Nocera nastoupil na Michiganskou státní univerzitu v roce 1984 jako odborný asistent a v roce 1990 se stal řádným profesorem.
V roce 1997 přešel na Massachusettský technologický institut jako profesor chemie, kde působil jako W. M. KeckProfessor of Energy (2002-2007) a Henry Dreyfus Professor of Energy (2007-2013). Byl ředitelem projektu Solar Revolution Project na MIT, který byl založen v roce 2008. Stal se spoluředitelem centra Eni Solar Frontiers Center na MIT, když bylo 7. července 2008 vytvořeno.
V únoru 2012 Nocera souhlasil s přesunem své výzkumné skupiny na katedru chemie a chemické biologie Harvardovy univerzity v Cambridge, MA, kde se stal profesorem Pattersona Rockwooda pro energetiku.
Nocerovy hlavní oblasti zájmu se týkají biologické a chemické přeměny energie se zaměřením na mechanismy na molekulární úrovni a fotogeneraci vodíku a kyslíku. Jeho práce na umělé fotosyntéze vyrůstá ze základního výzkumu mechanismů přeměny energie v biologii a chemii, zejména těch, které zahrnují víceelektronové excitované stavy a protonově vázaný přenos elektronů (PCET).
Nocera tvrdí, že lepší pochopení procesu fotosyntézy je nezbytné pro vývoj energetických strategií, protože solární energie má potenciál rozšířit se tak, aby pokryla dlouhodobé energetické nároky. Zdůrazňuje, že vědci musí vzít v úvahu ekonomiku materiálů, které navrhují použít pro zdroje energie a pro technologie skladování, pokud chtějí vyvinout životaschopné energetické alternativy.
Víceelektronové excitované stavyEdit
Nocerova raná práce o dvouelektronových vazbách a víceelektronových excitovaných stavech je považována za založení nových paradigmat v chemii excitovaných stavů. Myšlenka dvouelektronových směsných stavů spočívá v tom, že jednoelektronové směsné stavy a dvouelektronové směsné stavy mohou být analogické: jednoelektronové směsné stavy mohou reagovat v jednoelektronových krocích, zatímco dvouelektronové směsné stavy mohou reagovat ve dvouelektronových krocích. Dále lze předpokládat, že dvouelektronová vazba může vést ke čtyřem víceelektronovým stavům. Nocera a jeho laboratoř intenzivně studovali excitované stavy komplexů a klastrů kovů. Dvoufotonové excitační spektrum Twisted Quadruple Bond Metal-Metal Complex dokončilo popis čtyř požadovaných stavů pro prototypickou čtyřnásobnou vazbu komplexu přechodného kovu.
Na základě myšlenek dvouelektronové smíšené vazby Heyduk a Nocera vyvinuli světlem řízený molekulární fotokatalyzátor. Absorpce světla způsobila rozpad dvou vazeb RhII-X sloučeniny dirhodia, čímž vznikl aktivní katalyzátor rhodia, který byl schopen reagovat s hydrohalogenovými kyselinami. Jejich zpráva z roku 2001 o výrobě H2 z kyseliny halohalové pomocí molekulárního fotokatalyzátoru je považována za „otevření dveří“ k fotokatalytické výrobě paliv.
Umělý listEdit
V roce 2008 Nocera a jeho postdoktorand Matthew Kanan pravděpodobně učinili důležitý krok k umělé fotosyntéze, když vytvořili anodový elektrokatalyzátor pro oxidaci vody, schopný štěpit vodu na plynný vodík a kyslík. Jejich katalyzátor využíval kobalt a fosfát, relativně levné a snadno dostupné materiály. Katalyzátor byl schopen štěpit vodu na kyslík a protony pomocí slunečního světla a mohl by být potenciálně spojen s katalyzátorem produkujícím plynný vodík, jako je platina. Přestože se katalyzátor během katalýzy rozpadl, dokázal se sám opravit.
V roce 2009 Nocera založil startup Sun Catalytix, který vyvinul prototypový návrh systému pro přeměnu slunečního světla na skladovatelný vodík, který by se dal využít k výrobě elektřiny. Takový systém by vyžadoval technologický i obchodní průlom, aby se vytvořily ekonomicky životaschopné komponenty pro skladování vodíku, solární panely a palivové články. V říjnu 2010 podepsala Nocera smlouvu s indickou skupinou Tata Group o další podpoře výzkumu a vývoje. Ideálem bylo vytvořit samostatnou miniaturní elektrárnu, která by byla schopna poskytnout dostatek „personalizované energie“ pro napájení malé domácnosti. takové zařízení by mohlo poskytovat energii domácnostem v odlehlých oblastech, které jsou v současnosti nedostupné.
V roce 2011 Nocera a jeho výzkumný tým oznámili vytvoření prvního praktického „umělého listu“: pokročilého solárního článku o velikosti hrací karty, který je schopen štěpit vodu na kyslík a vodík s desetinásobnou účinností oproti přirozené fotosyntéze. Křemíkový solární článek byl z jedné strany potažen tenkou vrstvou kobaltového katalyzátoru přes ochrannou membránu, která zabraňuje oxidaci křemíku, a z druhé strany katalyzátorem na bázi niklu, který štěpí vodík z vody. Umělý list se objevil na seznamu 50 nejlepších vynálezů roku 2011 časopisu Time.
V květnu 2012 však společnost Sun Catalytix uvedla, že prototyp nebude rozšiřovat. Dominantní faktor určující jeho cenu, výstavbu fotovoltaické infrastruktury, stále považovala za příliš drahý na to, aby nahradil stávající zdroje energie. Nocera byla údajně „zastrašena výzvami spojenými s uvedením technologie na trh“. Přesto výzkumníci na Harvardu i jinde pokračují ve zkoumání možností umělého listu a hledají způsoby, jak snížit náklady a zvýšit účinnost.
Nízkonákladová průtoková baterieEdit
V naději na vývoj produktu, který by bylo možné rychleji uvést na trh, společnost Sun Catalytix přeorientovala svůj obchodní model na vývoj levné dobíjecí průtokové baterie pro použití v síťovém a komerčním měřítku. V roce 2014 společnost Sun Catalytix koupila firma Lockheed Martin, protože měla zájem o využití průtokové baterie ve své mikrosíti.
Protonově vázaný přenos elektronůEdit
Další oblastí, v níž je Nocera považována za průkopníka, je protonově vázaný přenos elektronů (PCET). Nebyl sice původcem myšlenky, že přenos elektronů a protonů lze studovat jako spřažené procesy, ale v roce 1992 publikoval jednu ze základních prací demonstrujících model pro takové studium. Za použití Zn porfyrinu jako donoru a kyseliny 3,4- dinitrobenzoové jako akceptoru jeho tým prokázal fotoexcitaci Zn porfyrinu a proces přenosu elektronů využívající vodíkovou vazbu. To také ukázalo životaschopnost tohoto přístupu jako modelu pro studium biologické přeměny energie. PCET se stala důležitou technikou pro studium přeměny energie v biologických procesech na molekulární úrovni.
Další výzkumEdit
Další příspěvky zahrnují syntézu kagomové mřížky S = 1/2, která je zajímavá pro studium spinově fruktifikovaných systémů a mechanismů vedení v supravodičích; vývoj mikrofluidních optických chemosenzorů pro použití v mikroměřítku a nanoměřítku;a techniky molekulární značení velocimetrie (MTV).
Nocera publikoval více než 225 článků. Je spolueditorem publikace Photochemistry and Radiation Chemistry (1998). Působil ve vědeckých poradních sborech a redakčních radách několika velkých společností. Byl prvním redaktorem časopisu Inorganic Chemistry Communications a prvním předsedou redakční rady časopisu ChemSusChem.
Předsedal redakční radě časopisu ChemSusChem.