Дослідники з Кембриджського університету представили інноваційний гібридний пристрій, що нагадує штучне листя та здатний перетворювати сонячне світло, воду й вуглекислий газ (CO₂) на форміат — цінний хімічний продукт, що використовується як паливо для подальших хімічних реакцій. Новинка відкриває шлях до створення екологічно безпечних технологій для виробництва складних сполук без застосування викопного палива.
Про це розповідає ProIT
Безпечна альтернатива традиційному фотосинтезу
Розроблений пристрій поєднує органічні полімери — світлопоглинаючі напівпровідники — з ферментами бактерій, які розкладають воду та перетворюють CO₂ у форміат. Відмінною рисою нової технології є відмова від токсичних чи нестабільних компонентів, які використовувалися у попередніх розробках. Завдяки цьому пристрій працює довше, не потребує додаткових хімікатів і забезпечує чисту хімічну реакцію.
“Якщо ми зможемо видалити токсичні компоненти та почати використовувати органічні елементи, ми отримаємо чисту хімічну реакцію та єдиний кінцевий продукт без будь-яких небажаних побічних реакцій. Цей пристрій поєднує в собі найкраще з обох світів: органічні напівпровідники налаштовуються та нетоксичні, а біокаталізатори високоселективні та ефективні”, — пояснює співавторка дослідження, докторка Селін Йенг.
Висока ефективність і перспективи для промисловості
Під час експериментів дослідникам вдалося отримати форміат із високим рівнем чистоти та виходу. Далі його використовували у каскадній хімічній реакції для синтезу сполук, затребуваних у фармацевтичній галузі. Особливо важливим стало вирішення проблеми збереження ефективності ферментів без додавання сторонніх хімікатів. Для цього команда інтегрувала карбоангідразу у пористу структуру діоксиду титану та проводила реакції у простому розчині бікарбонату, подібному до газованої води.
Значну увагу приділили оптимізації взаємодії всіх компонентів пристрою. За словами співавтора дослідження, доктора Юнпеня Лю, ретельно підібрана структура дозволила ефективно поєднати наночастинки і біоелементи, досягнувши синергії на всіх рівнях — від молекул до цілого пристрою.
Випробування показали, що пристрій генерує високі електричні струми й майже ідеально спрямовує заряд для утворення форміату. Тривалість безперервної роботи перевищила 24 години, що більш ніж удвічі довше за всі попередні аналоги. Дослідники мають намір надалі вдосконалювати технологію, подовжувати строк служби пристрою та розширювати його застосування для виробництва різноманітних хімічних сполук.
Результати дослідження опубліковані у науковому журналі Joule.
