Исследователи из Кембриджского университета представили инновационное гибридное устройство, напоминающее искусственное листье и способное преобразовывать солнечный свет, воду и углекислый газ (CO₂) в формият — ценный химический продукт, используемый в качестве топлива для дальнейших химических реакций. Новинка открывает путь к созданию экологически безопасных технологий для производства сложных соединений без применения ископаемого топлива.
Об этом сообщает ProIT
Безопасная альтернатива традиционному фотосинтезу
Разработанное устройство сочетает органические полимеры — светопоглощающие полупроводники — с ферментами бактерий, которые разлагают воду и преобразуют CO₂ в формият. Отличительной чертой новой технологии является отказ от токсичных или нестабильных компонентов, которые использовались в предыдущих разработках. Благодаря этому устройство работает дольше, не требует дополнительных химикатов и обеспечивает чистую химическую реакцию.
“Если мы сможем удалить токсичные компоненты и начать использовать органические элементы, мы получим чистую химическую реакцию и единственный конечный продукт без каких-либо нежелательных побочных реакций. Это устройство сочетает в себе лучшее из обоих миров: органические полупроводники настраиваются и нетоксичны, а биокатализаторы высокоселективны и эффективны”, — объясняет соавтор исследования, доктор Селин Йенг.
Высокая эффективность и перспективы для промышленности
Во время экспериментов исследователям удалось получить формият с высоким уровнем чистоты и выхода. Далее его использовали в каскадной химической реакции для синтеза соединений, востребованных в фармацевтической отрасли. Особенно важным стало решение проблемы сохранения эффективности ферментов без добавления посторонних химикатов. Для этого команда интегрировала карбоангидразу в пористую структуру диоксида титана и проводила реакции в простом растворе бикарбоната, подобном газированной воде.
Значительное внимание уделили оптимизации взаимодействия всех компонентов устройства. По словам соавтора исследования, доктора Юнпеня Лю, тщательно подобранная структура позволила эффективно сочетать наночастицы и биоэлементы, достигнув синергии на всех уровнях — от молекул до целого устройства.
Испытания показали, что устройство генерирует высокие электрические токи и почти идеально направляет заряд для образования формията. Продолжительность непрерывной работы превысила 24 часа, что более чем вдвое дольше всех предыдущих аналогов. Исследователи намерены впредь совершенствовать технологию, продлевать срок службы устройства и расширять его применение для производства разнообразных химических соединений.
Результаты исследования опубликованы в научном журнале Joule.
