Искусственный фотосинтез – давняя мечта ученых. И она становится все ближе.
Недавно ученые из швейцарского исследовательского института EMPA совместно с коллегами из Базельского университета и Аргоннской национальной лаборатории в Иллинойсе взяли пример с фотосинтезом и обнаружили, что путем присоединения светособирающего растительного белка и их специально разработанного электрода, можно существенно повысить эффективность фото-электрохимических ячеек (PEC). Они используются для разделения воды и получения водорода — огромный шаг вперед в создании технологии, похожей на природный фотосинтез.
До открытия глубоководных форм жизни, которые процветают в затемненных гидротермальных отверстиях, фотосинтез считался движущей силой всей жизни на Земле. Для тех, кто не обитает в холодных глубинах, по-прежнему в значительной степени верен зеленый цвет — растения используют солнечную энергию, чтобы объединить углекислый газ и воду, чтобы создать разные сахара для хранения энергии и структуры. Где-то в этом каскаде реакций, вода быстро и эффективно разделяется на водород и кислород — что представляет большой интерес для сторонников экологически чистой энергии.
Если вы не растение, одним из способов разделить воду на компоненты является процесс, который многие из нас узнали в старших классах школы — электролиз, энергия которого может поставляться от фотоэлементов или гидроэлектростанций. Другой метод, который разрабатывают швейцарский и американские ученые, использует фото-электрохимические ячейки (PEC), которые используют энергию света для непосредственного электрохимического расщепления воды — процесса, который пропускает этап преобразования света в электричество.
Материалом для электродов PEC (место фактического расщепления воды) стали оксиды металлов, поскольку некоторые из них фотокаталитические (активируются светом). В последнее время диоксид титана был в новостях после того, как было показано, что он может использоваться для разгона органических загрязнителей воздуха и воды при активации ультрафиолетовым светом. Гематит, форма оксида железа (иначе известная как ржавчина) оказался еще более перспективным, поскольку он отвечает на видимых длинах волн и является дешевым и обильным.
Во время работы над докторской диссертацией для EMPA, ученому Дебажету Бора пришла в голову идея кросс-сочетания молекул светособирающего растительного белка с наночастицами гематита.
«Я был вдохновлен природным фотосинтезом цианобактерий, где фикоцианин выступает в качестве основного светособирающего компонента. Я хотел создать искусственный фотосинтез с использованием керамики и белков», говорит Бора.
Оказывается, фикоцианин, белок, содержащийся в сине-зеленых водорослях (цианобактериях) при привязке к поверхности электрода, удваивает количество фотонов. В области науки, где даже небольшие последовательные увеличения эффективности считаются достойными внимания, этот новый метод при содействии импульсов генерации водорода, является большой новостью и служит хорошим предзнаменованием для текущих поисков чистой энергии для всех нас.
По материалам: infuture.ru