Штучний фотосинтез – ключ до чистої енергії та уловлювання вуглецю, але відтворити цей природний процес непросто. Прорив від дослідників університету Юліуса-Максиміліана у Вюрцбурзі (JMU Würzburg) наблизив науку ще на крок: вони створили багатошарову систему барвників, яка ефективно переносить носії заряду за допомогою світла, так само як це відбувається в клітинах рослин.
Використання сонячного світла: диво фотосинтезу
Фотосинтез – це процес, під час якого рослини перетворюють сонячне світло, вуглекислий газ і воду на енергонасичені цукри та кисень. Ця система забезпечує ріст рослин і виробляє кисень, яким ми дихаємо.
Якщо вчені зможуть відтворити фотосинтез, користь буде величезною. Сонячну енергію можна буде використовувати для видалення вуглекислого газу з атмосфери та перетворення його на корисні сполуки, зокрема вуглеводи. Крім того, оскільки фотосинтез природним чином розщеплює воду на кисень і водень, його штучні аналоги можуть стати новим способом отримання чистого водневого палива.
Фотосинтез: складний процес із багатьма учасниками
З огляду на його потенціал, науковці по всьому світу намагаються розробити штучний фотосинтез. Проте повторити цей природний процес дуже складно. Він включає безліч складних етапів у клітинах рослин, що залежать від роботи пігментів, білків та інших молекул. Попри це, дослідження в цій сфері стрімко прогресують.
Одним із провідних фахівців у галузі штучного фотосинтезу є професор Франк Вюртнер з університету Юліуса-Максиміліана у Вюрцбурзі (JMU) у Німеччині. Його команда успішно відтворила один із ранніх етапів природного фотосинтезу, використовуючи спеціально розташовані штучні молекули барвників. Цей прорив дозволив глибше зрозуміти механізми перенесення й збереження енергії у процесі фотосинтезу. Це досягнення, розроблене у співпраці з дослідницькою групою професора Донхо Кіма з університету Йонсей у Південній Кореї, було опубліковане 14 березня в журналі Nature Chemistry.
Багатошарові барвники для штучного фотосинтезу
Швидке й ефективне перенесення енергії у багатошаровій системі
Дослідникам вдалося створити стек барвників, який дуже нагадує фотосинтетичний апарат у клітинах рослин. Ця структура поглинає світло на одному кінці, використовує його для розділення носіїв заряду і передає їх крок за кроком до іншого кінця через потік електронів. Вона складається з чотирьох барвникових молекул класу периленбісімідів.
«Ми можемо цілеспрямовано запускати перенесення заряду в цій структурі за допомогою світла та детально його аналізувати. Це ефективний і швидкий процес. Це важливий крок до створення штучного фотосинтезу», – пояснює аспірант JMU Леандер Ернст, який синтезував цю структуру.
Надмолекулярні дроти – наступна мета досліджень
Наступним кроком команди JMU стане розширення наноструктури барвників із чотирьох до більшої кількості компонентів. Їхньою кінцевою метою є створення своєрідного надмолекулярного «дроту», який буде ефективно поглинати світлову енергію та транспортувати її на великі відстані. Це стане ще одним важливим кроком до розробки нових фотофункціональних матеріалів для штучного фотосинтезу.