Объединение нано- и биотехнологий позволило создать устройство, преобразующее энергию солнечных лучей в электричество вдвое эффективнее аналогов

Объединение нано- и биотехнологий позволило создать устройство, преобразующее энергию солнечных лучей в электричество вдвое эффективнее аналогов

Разложение воды фотоэлектролизом для получения топливного водорода – одно из самых перспективных направлений будущего развития энергетики. Главной проблемой на этом пути, как обычно, является повышение эффективности работы фотоэлектрохимических ячеек, в которых протекает этот процесс: преобразование солнечного света в электрический ток и расщепление с его помощью молекул воды. Значительный шаг вперед в этом направлении сделали недавно швейцарские ученые, использовавшие для этой цели натуральный пигмент, выделенный из водорослей, и в некотором роде имитировавшие естественные механизмы фотосинтеза.

Фотосинтез вообще считается одной из самых заманчивых целей энергетики, наряду с такими перспективами, как термоядерный синтез. Надежное, «чистое» производство энергии из простейших компонентов – воды и углекислого газа – привлекает огромное внимание ученых и инженеров, которые пытаются с той или иной степенью точности (и успеха) повторить природный механизм искусственно.

Одним из подходов к этому и является использование фотоэлектрохимических ячеек. Как правило, электроды для них изготовляются из полупроводящих материалов – таких, как металлические оксиды, многие из которых обладают необходимыми фотокаталитическими свойствами. А недавно швейцарские исследователи совместно с коллегами из США предложили использовать «нано-био-фотоэлектрохимические электроды», включающие наночастицы оксида железа, связанные с белком, выделенным из цианобактерий. По их сообщению, такая сложная система оказывается вдвое более эффективна в производстве водорода, нежели оксид железа сам по себе.

Оксид железа (III) – например, в форме гематита – вообще считается весьма многообещающим материалом для получения электродов для фотоэлектрохимических ячеек: он способен поглощать солнечный свет в видимом диапазоне волн, что делает его более эффективным, нежели традиционный оксид титана (IV), поглощающий лишь УФ-лучи. И, конечно, он куда распространеннее и дешевле титанового аналога.

Второй компонент «нано-био-фотоэлектрохимических электродов» - белок фикоцианин, выделенный из цианобактерий, у которых он играет важную роль в фотосинтетических реакциях, действуя в качестве основного фотоулавливающего пигмента. О важности его функций для фотосинтезирующих бактерий может сказать хотя бы тот факт, что в некоторых условиях фикоцианин может составлять до 60% всех белков клетки.

Ученые продемонстрировали, что молекулы фикоцианина, связанные с наночастицами гематита, весьма эффективно улавливают фотоны видимого излучения. По их оценкам, получающееся при этом электричество вдвое сильнее, нежели у обычного электрода на оксиде железа.

При этом даже в щелочной среде фотоэлектрохимической ячейки и при достаточно сильном освещении белок остается интактным, сохраняя свою структуру и функциональность. Этот факт немало озадачил авторов разработки, ожидавших его довольно быструю денатурацию и деградацию: слишком уж агрессивны такие условия.

По пресс-релизу Empa Switzerland

  • Дата публикации: 10.01.2012
  • 229

Чтобы оставить комментарий или выставить рейтинг, нужно Войти или Зарегистрироваться