Швейцарские исследователи из Базельского университета создали молекулу, способную накапливать до 4 световых зарядов, что приближает к технологии искусственного фотосинтеза.
Растения используют фотосинтез для улавливания солнечной энергии и преобразования углекислого газа в богатые энергией молекулы сахара. Животные и люди потребляют эти углеводы, высвобождая накопленную энергию и возвращая углекислый газ в атмосферу.
Исследователи стремятся воссоздать эту природную модель в лабораторных условиях. Если солнечный свет можно будет использовать для производства высокоэнергетических соединений, в частности, водорода, метанола или синтетического бензина, эти виды топлива можно будет использовать без дополнительных выбросов CO₂.
Команда исследователей под руководством профессора Оливера Венгера заявила о создании молекулы, способной приблизить ученых к углеродно-нейтральному топливу. Молекула состоит из пяти связанных между собой компонентов, из которых два блока высвобождают электроны и получают положительные заряды. В то же время, два других блока захватывают электроны и получают отрицательный заряд. Центральный блок поглощает солнечный свет и запускает процесс переноса.
Подавляющее большинство реакций по созданию топлива за счет солнечной энергии, например, расщепление воды на водород и кислород, требует участия большого количества электронов. Без одновременного накопления и стабилизации сразу нескольких зарядов эти реакции не будут эффективными.
Исследователи использовали две световые вспышки для поэтапной генерации четырех зарядов. Первая вспышка создает один положительный и один отрицательный заряд, которые смещаются к противоположным концам молекулы. Вторая вспышка повторяет процесс, оставляя структуру с двумя положительными и двумя отрицательными зарядами.
«Это ступенчатое возбуждение позволяет использовать значительно более тусклый свет. В результате мы уже приближаемся к интенсивности солнечного света. Кроме того, заряды в молекуле остаются стабильными достаточно долго, чтобы их можно было использовать в дальнейших химических реакциях«, — объясняет один из авторов исследования, Матис Брэндлин.
Предыдущие исследования требовали чрезвычайно мощного лазерного излучения, что не приближало к практическому и коммерческому искусственному фотосинтезу. Возможность временного хранения нескольких зарядов имеет решающее значение для производства солнечного топлива, поскольку эти заряды могут инициировать химические реакции, необходимые для расщепления воды на водород и кислород.
По словам Оливера Венгера, эта молекула — еще не полноценная система искусственного фотосинтеза, однако она представляет собой чрезвычайно важный строительный блок будущей системы. Исследование также показывает, как молекулярный дизайн может вывести искусственный фотосинтез за рамки теории и приблизить его к практическим приложениям.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Chemistry
Источник: Interesting Engineering
Сообщить об опечатке
Текст, который будет отправлен нашим редакторам: