Ученые воспроизвели основные элементы фотосинтеза

Зеленые растения используют молекулы хлорофилла для поглощения энергии Солнца и преобразования ее в свободные электроны, которые в свою очередь расходуются на расщепление молекул воды и углекислого газа.

Ричард Мазель и его коллеги из исследовательской лаборатории Dioxide Materials в городе Шампэйн (штат Иллинойс) воспроизвели одну половину этого процесса — разложение молекулы углекислого газа.

Молекулу СО² крайне сложно разложить при помощи электрического тока — оба атома кислорода прочно связаны с углеродом, и для отрыва хотя бы одного из них нужно много электричества. Мазель и его коллеги смогли умерить «аппетиты» молекулы СО² при помощи специального катализатора — электролита из смеси соединений имидазола и тетрафторида бора. Это соединение относится к классу так называемых ионных жидкостей, температура плавления которых ниже комнатной.

Ученые собрали реактор из закрытой колбы, двух электродов — серебряного катода и платинового анода (обернутого в защитную полимерную пленку), и электролита, через который пропускался углекислый газ. «Рабочая» версия реактора Мазеля и его коллег вырабатывала три типа газов — водород и угарный газ (СО) на катионе и кислород на анионе.

Эффективность работы этого устройства (доля электричества, которая была потрачена на расщепление углекислого газа) составляла 96% и не уменьшалась с течением времени, что говорит о низком расходе катализатора. С другой стороны, текущая производительность этой системы остается достаточно низкой, что мешает использовать ее в промышленных масштабах.

Другая группа ученых под руководством Томаса Ярви из лаборатории Sun Catalytix в Кэмбридже (США) реализовала вторую половину искусственного фотосинтеза — расщепление воды на кислород и водород при помощи энергии света.

Ярви и его коллеги собрали специальную солнечную панель, повторяющую «водную» часть фотосинтезирующих структур. Полупроводниковая часть этого устройства «собирает» энергию Солнца и выделяет электроны, которые подхватываются молекулами катализатора из оксида кобальта и бора. Это вещество переносит электроны к молекуле воды и заставляет атомы кислорода отделиться от нее и образовать молекулу нейтрального газа. Для отделения молекул водорода ученые использовали еще один катализатор — тонкую сетку из сплава никеля, цинка и молибдена.

Ученые испытали работу устройства, осветив ее при помощи лампы мощностью в 1 киловатт на квадратный метр, что составляет примерно 1,5 светимости Солнца. Солнечная панель поглощала примерно 8% света и использовала 85% полученной энергии — примерно 5% от мощности прожектора — на расщепление воды.

По современным оценкам, растения поглощают около 1-2% солнечного света. Это значит, что батарея Ярви и его коллег оказалась эффективнее природных.

Химики полагают, что их изобретение станет первым шагом на пути создания дешевых и компактных систем преобразования солнечной энергии в водород и кислород, передает Корреспондент.net со ссылкой на РИА «Новости».