Американски учени са демонстрирали процес на изкуствена фотосинтеза с използване на по-евтин и по-ефективен органичен материал - порфирин, от досега употребяваните редки метали - иридий и рутений, съобщава сайтът Phys.org, позовавайки се на публикация в бюлетина на Националната акдемия на науките на САЩ (Proceedings of the National Academy of Sciences - PNAS).
Фотосинтезата е забележителен процес, с който повечето растения, водорасли и цианобактерии преобразуват светлинна в химична енергия. Той осигурява атмосферен кислород и органични съединения, които са от решаващо значение за развитието на живота на Земята. Чрез този процес се улавя около шест пъти повече енергия, отколкото се консумира от хората, като годишно се преобразува 100 милиарда тона въглерод в биомаса.
Изследователите отдавна работят за намиране на алтернативи на изкопаемите горива в областта на изкуствената фотосинтезата - химически процес, който копира естествената фотосинтеза и се стреми да улови и съхрани енергията от видимата светлина в химическите връзки във вещество, известно като слънчево гориво (например, водород, метан или метанол).
За да бъде ефективна, изкуствената фотосинтеза изисква настройващи се фотосенсибилизатори (молекули, абсорбиращи светлината, които посредничат при реакции със светлина) за да уловят, преобразуват и да предадат енергията на видимата светлина. За да са практични, тези сенсибилизатори трябва да имат много специфична способност на абсорбция (поглъщане), възбуждане, окислителност и стабилност, да реагират силно на червена светлина и да се използват лесно достъпни материали.
Наскоро учени от Университета на Пенсилвания, University Park и Университета на Аризона, са разработили и демонстрирали неметални органични фотосенсибилизатори, които отговарят на тези критерии, като осигуряват фотоелектрохимично окисляване на вода на ниво, съпоставимо със сенсибилизатори на основата на редки метали, които са първите изкуствени молекули за окисляване на водата с помощта само на червена светлина.
Професор Томас Малюк (Thomas E. Mallouk), д-р Джон Суик (John R. Swierk) и техните съавтори са описали предизвикателствата, които са стояли пред разработката им в публикация на Бюлетина на Националната академия на науките.
"Не са много молекулите, които съчетават всички необходими качества," отбелязва проф. Малюк, а именно:
- силно поглъщащи в областта на видимия спектър;
- с дълготрайно възбудено състояние;
- силно окисляващи се;
- химически стабилни в продължение на много цикли в реакции, които използват енергията на видимата светлина, за да се ускори химичната реакция чрез пренос на единични електрони.
"Към днешна дата," - добавя той,- "областта на изследвания е доминирана от проучвания на съединения, съдържащи редките метали рутений и иридий, които съчетават тези свойства - но нашата статия изследва идеята за използване на порфирини, на мястото на рутениеви и иридиевий комплекси в термочувствителни фотоелектрохимични клетки. "
Порфирините са макроциклични органични съединения (т.е. тези с пръстеновидна структура, състояща се от 12 или повече атоми), структурно свързани с пигмента на хлорофила и хемоглобина и са силно абсорбиращи. Нещо повече, порфирините имат необходимите качества и не на последно място - за разлика от рутения и иридия, не са нито редки, нито скъпи.
Освен това, за първи път се демонстрира на молекулярен фотосенсибилизатор, извън естествената фотосинтеза, който предизвиква разлагане на водата при използване само на червена светлина.
Процеси на пренос на електрони в WS-DSPEC: (I) въвеждане, (II) рекомбинация, (III) трансфер на дупки, (IV) регенериране на окисления сенсибилизатор и (V) транспорт до флуор-калаения оксид на анода. Схема: Swierk JR, и др. (2015)
"В рамките на този проект", заяви Малюк, "ние започнахме развиваме използването на мембрани от порфирини за разлагане на водата за соларни клетки. Ние смятаме, че тези резултатите могат широко да се прилагат към свързаните с тях технологии за слънчеви горива".
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари