Крок до штучного фотосинтезу: згенерована молекула накопичує заряди під впливом світла

Швейцарські дослідники з Базельського університету створили молекулу, здатну накопичувати до 4 світлових зарядів, що наближає до технології штучного фотосинтезу.

Рослини використовують фотосинтез для вловлювання сонячної енергії та перетворення вуглекислого газу на багаті енергією молекули цукру. Тварини та люди споживають ці вуглеводи, вивільняючи накопичену енергію і повертаючи вуглекислий газ в атмосферу.

Дослідники прагнуть відворити цю природну модель у лабораторних умовах. Якщо сонячне світло можна буде використовувати для виробництва високоенергетичних сполук, зокрема, водню, метанолу або синтетичного бензину, ці види палива можна буде використовувати без додаткових викидів CO₂.

Команда дослідників під керівництвом професора Олівера Венгера заявила про створення молекули, здатної наблизити науковців до створення вуглецево-нейтрального палива. Молекула складається з п’яти пов’язаних між собою компонентів, з яких два блоки вивільняють електрони і отримують позитивні заряди. У той же час, два інші блоки захоплюють електрони і отримують негативний заряд. Центральний блок поглинає сонячне світло і запускає процес перенесення. 

Переважна більшість реакцій зі створення палива за рахунок сонячної енергії, наприклад, розщеплення води на водень та кисень, вимагає участі великої кількості електронів. Без одночасного накопичення та стабілізації одразу кількох зарядів ці реакції не будуть ефективними.

Дослідники використали два світлові спалахи для поетапної генерації чотирьох зарядів. Перший спалах створює один позитивний і один негативний заряд, які зміщуються до протилежних кінців молекули. Другий спалах повторює процес, залишаючи структуру з двома позитивними та двома негативними зарядами.

Попередні дослідження вимагали надзвичайно потужного лазерного випромінювання, що не наближало до практичного та комерційного штучного фотосинтезу.  Можливість тимчасового зберігання кількох зарядів має вирішальне значення для виробництва сонячного палива, оскільки ці заряди можуть ініціювати хімічні реакції, необхідні для розщеплення води на водень та кисень.

За словами Олівера Венгера, ця молекула — ще не повноцінна система штучного фотосинтезу, однак вона являє собою надзвичайно важливий будівельний блок майбутньої системи. Дослідження також показує, як молекулярний дизайн може вивести штучний фотосинтез за рамки теорії та наблизити його до практичних додатків. 

Результати дослідження опубліковані у журналі Nature Chemistry

Джерело: Interesting Engineering