Новое соединение удвоило эффективность искусственного фотосинтеза

Ученые из Брукхейвенской национальной лаборатории удвоили эффективность химического соединения, захватывающего свет и расщепляющего воду для производства водородного топлива.

Исследование создает платформу для революционного улучшения искусственного фотосинтеза – техники, позволяющей генерировать чистую энергию из солнечного света, сообщает sciencedaily.com. Выводы проекта опубликованы в Journal of Physical Chemistry C.

Для расщепления воды ученые использовали разнообразные светопоглощающие молекулы (хромофоры или красители), объединяя их с химическими катализаторами, способными разорвать прочные связи водорода с кислородом. Здесь исследователи применили простые углеродные цепи. Они прочно скрепляли хромофоры с катализаторами, обеспечивая передачу электронов. При этом компоненты находились достаточно далеко друг от друга, чтобы ток двигался в одном направлении.

«Электроны – быстрые частицы. Химические реакции значительно медленнее. Чтобы система успела расщепить воду без возвращения электронов на катализатор, необходимо разделить заряды», — объяснил Хавьер Консепсьон, руководитель проекта.

В сети хромофоры покрыты слоем наночастиц на электроде. Каждая состоит из диоксида олова (ядро) и диоксида титана (оболочка). Компоненты обеспечивают эффективную передачу электронов, оттягивая отрицательно заряженные частицы от катализатора. Попадая на краситель, свет обеспечивает им достаточный импульс для перехода на покрытие. Здесь электроны попадают в ядро наночастиц и движутся дальше по проводу. Хромофоры восполняют потери из катализатора. Процесс продолжается, пока есть свет.

При потере каждых 4 электронов, катализатор получает достаточный положительный заряд, чтобы забрать их из 2 молекул воды. В результате разрываются связи кислорода и водорода. Первый выделяется в атмосферу, второй, в виде ионов, переходит через мембрану на другой электрод. Здесь водород соединяется с электронами, превращаясь в газ.

Углеродные цепочки обеспечили самосборку компонентов.

«Вы просто погружаете электроды с хромофорами в раствор катализатора, и молекулы находят друг друга», — сказала Лэй Ван, соавтор работы.

Авторы хотят усовершенствовать систему для производства более ценного углеводородного топлива.