Швейцарская команда ученых из Базельского университета сообщила о создании инновационной молекулы, способной накапливать до четырех световых зарядов, что приближает человечество к внедрению технологий искусственного фотосинтеза.
Об этом сообщает ProIT
Принцип работы молекулы и ее значение для энергетики
В природе фотосинтез позволяет растениям поглощать энергию солнца и преобразовывать углекислый газ в энергетически ценные молекулы сахара, которые затем потребляют животные и люди. Современные научные исследования направлены на воспроизведение этого процесса в лабораторных условиях, в частности для разработки методов производства углеродно-нейтрального топлива, такого как водород, метанол или синтетический бензин.
Группа исследователей под руководством профессора Оливера Венгера сконструировала молекулу, которая состоит из пяти взаимосвязанных компонентов. Два из них высвобождают электроны и приобретают положительный заряд, еще два — захватывают электроны и получают отрицательный заряд. Центральный компонент отвечает за поглощение солнечного света, инициируя процесс переноса электронов.
От лаборатории к практическому фотосинтезу
Для запуска генерации зарядов исследователи применяли два последовательных вспышки света. Первый импульс создает один положительный и один отрицательный заряд, которые распределяются по различным частям молекулы. Второй всплеск повторяет этот процесс, в результате чего структура получает сразу два положительных и два отрицательных заряда. Именно такая способность к одновременному накоплению и стабилизации нескольких зарядов является ключевой для эффективного осуществления химических реакций, необходимых в производстве солнечного топлива, таких как расщепление воды на водород и кислород.
«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 последующих химических реакциях», — объясняет один из авторов исследования, Матис Брендлин.
Большинство предыдущих экспериментов в этой области требовали мощного лазерного излучения, что усложняло практическое внедрение технологий искусственного фотосинтеза. Новый подход позволяет аккумулировать энергию под воздействием более слабого света, что делает технологию гораздо ближе к реальным условиям использования.
По словам профессора Венгера, разработанная молекула еще не является завершенной системой искусственного фотосинтеза, однако она представляет собой фундаментальный элемент будущих энергетических решений. Исследование также демонстрирует, как благодаря целенаправленному молекулярному дизайну можно перенести концепцию искусственного фотосинтеза из теории в сферу практического применения.
Научные результаты опубликованы в журнале Nature Chemistry.