Ученые искусственно воспроизвели ключевые элементы фотосинтеза

Две группы американских химиков смогли повторить два ключевых элемента процесса фотосинтеза у зеленых растений - разложение молекул углекислого газа и воды при помощи энергии света, используя недорогие и легко доступные катализаторы и солнечные батареи.

говорится в двух статьях, опубликованных в журналеScience.

Многие химические реакции происходят только при благоприятных условиях - к примеру, в присутствии набора катализаторов или при постоянном притоке энергии.

В частности, зеленые растения используют молекулы хлорофилла для поглощения энергии Солнца и преобразования ее в свободные электроны, которые в свою очередь расходуются на расщепление молекул воды и углекислого газа.

Ричард Мазель и его коллеги из исследовательской лаборатории Dioxide Materials в городе Шампэйн (штат Иллинойс) воспроизвели одну половину этого процесса - разложение молекулы углекислого газа.

Молекулу СО2 крайне сложно разложить при помощи электрического тока - оба атома кислорода прочно связаны с углеродом, и для отрыва хотя бы одного из них нужно много электричества. Из-за этого такая реакция крайне невыгодна с экономической точки зрения.

Мазель и его коллеги смогли умерить "аппетиты" молекулы CO2 при помощи специального катализатора - электролита из смеси соединений имидазола и тетрафторида бора.

Эта соединение относится к классу так называемых ионных жидкостей - по сути "обычных" солей, температура плавления которых ниже комнатной.

Ученые собрали реактор из закрытой колбы, двух электродов - серебряного катода и платинового анода, и электролита, через который пропускался углекислый газ.

В первых экспериментах платиновый электрод быстро портился из-за взаимодействия с молекулами углекислого газа, поэтому ученые обернули его в пленку из нафиона - полимера, который пропускает положительно заряженные катионы и не пропускает все остальное - нейтральные молекулы воды или отрицательно заряженные анионы.

"Рабочая" версия реактора Мазеля и его коллег вырабатывала только три типа газов - водород и угарный газ (СО) на катионе и кислород на анионе.

Эффективность работы этого устройства - то есть доля электричества, которая была потрачена на расщепление углекислого газа - составляла 96% и она не уменьшалась с течением времени, что говорит о низком расходе катализатора.

С другой стороны, текущая производительность этой системы остается достаточно низкой, что мешает использовать ее в промышленных масштабах.

Другая группа ученых под руководством Томаса Ярви из лаборатории Sun Catalytix в Кэмбридже (США) реализовала вторую половину искусственного фотосинтеза - расщепление воды на кислород и водород при помощи энергии света.

Ярви и его коллеги собрали специальную солнечную панель, которая повторяет в себе "водную" часть фотосинтезирующих структур. Полупроводниковая часть этого устройства "собирает" энергию Солнца и выделяет электроны, которые подхватываются молекулами "умного" катализатора из оксида кобальта и бора.

Это вещество переносит электроны к молекуле воды и заставляет атомы кислорода отделиться от нее и образовать молекулу нейтрального газа. Для отделения молекул водорода ученые использовали еще один катализатор - тонкую сетку из сплава никеля, цинка и молибдена.

Ученые испытали работу своего устройства, осветив ее при помощи лампы мощностью в 1 киловатт на квадратный метр, что составляет примерно 1,5 светимости Солнца. Солнечная панель поглощала примерно 8% света и использовала 85% полученной энергии - примерно 5% от мощности прожектора - на расщепление воды.

По современным оценкам, растения поглощают около 1-2% солнечного света - иначе говоря, батарея Ярви и его коллег оказалась эффективнее природных.

Химики полагают, что их изобретение станет первым шагом на пути создания дешевых и компактных систем преобразования солнечной энергии в водород и кислород.

Другие новости по теме

Американские ученые научили бактерии вырабатывать электричество из сточных вод Американские ученые разработали технологию, которая позволяет очищать городские сточные воды и одновременно вырабатывать электричество при помощи бактерий, разрушающих органику и выделяющих электроны, говорится в статье, опубликованной в журнале Science.

Ученые научились производить электричество из сточных вод Американские ученые разработали технологию, которая позволяет очищать городские сточные воды и одновременно вырабатывать электричество при помощи бактерий, разрушающих органику и выделяющих электроны, сообщает РИА Новости со ссылкой на журнал Science.

Астрономы впервые нашли в космосе молекулярный кислород Астрономы, работающие с космическим телескопом «Гершель», впервые обнаружили в космосе молекулярный кислород