Искусственный фотосинтез открывает путь к более чистой энергии и улавливанию углерода, но воспроизвести процесс природы — задача не из легких.

Прорыв исследователей из Университета Юлиуса-Максимилиана в Вюрцбурге приблизил науку на шаг к этой цели благодаря созданию системы из слоев красителя, которая эффективно перемещает носители заряда с помощью света — так же, как это происходит в клетках растений.

Использование солнечного света: Магия фотосинтеза
Фотосинтез — это процесс, с помощью которого растения преобразуют солнечный свет, углекислый газ и воду в богатые энергии сахара и кислород. Эта удивительная система обеспечивает рост растений и выделяет кислород, которым мы дышим.

Если бы ученые смогли воспроизвести фотосинтез, преимущества были бы огромными. Солнечная энергия могла бы использоваться для удаления углекислого газа из воздуха и преобразования его в ценные соединения, такие как углеводы. Кроме того, поскольку фотосинтез естественным образом расщепляет воду на кислород и водород, искусственные версии этого процесса могли бы открыть новый способ производства чистого водородного топлива.

Фотосинтез: Сложный процесс с множеством участников
Учитывая его потенциал, исследователи по всему миру работают над разработкой искусственного фотосинтеза. Однако воспроизведение метода природы представляет собой серьезную задачу. Процесс включает множество сложных этапов внутри растительных клеток и зависит от сети пигментов, белков и других молекул. Несмотря на эти сложности, научный прогресс в этой области продолжает набирать обороты.

Одним из ведущих экспертов в области искусственного фотосинтеза является профессор Франк Вюртнер из Университета Юлиуса-Максимилиана (JMU) в Вюрцбурге, Германия. Его команда успешно воспроизвела один из начальных этапов естественного фотосинтеза, используя продвинутое расположение искусственных молекул красителя. Этот прорыв дал новые представления о том, как энергия передается и сохраняется в этом процессе.

Быстрая и эффективная передача энергии в системе стопок
Исследователям удалось синтезировать стопку красителей, очень похожую на фотосинтетический аппарат в растительных клетках — она поглощает световую энергию на одном конце, использует ее для разделения носителей заряда и поэтапно передает их на другой конец посредством транспорта электронов. Структура состоит из четырех сложенных молекул красителя из класса периленовых бис имидов.

«Мы можем целенаправленно запускать транспорт заряда в этой структуре с помощью света и подробно его изучили. Он эффективен и быстр. Это важный шаг в направлении разработки искусственного фотосинтеза», — говорит аспирант JMU Леандер Эрнст, который синтезировал эту стопочную структуру.

Супрамолекулярные провода как цель исследовательской работы
Далее исследовательская группа JMU планирует расширить наносистему из стопки красящих молекул с четырех до большего числа компонентов — с конечной целью создания своего рода супрамолекулярного провода, который будет поглощать световую энергию и быстро и эффективно транспортировать ее на большие расстояния. Это станет еще одним шагом к созданию новых фотофункциональных материалов, которые можно будет использовать для искусственного фотосинтеза.