Синтез-газ, смесь монооксида углерода и водорода, является важным промежуточным продуктом при производстве многих химических исходных материалов, таких как аммиак, метанол и синтетическое углеводородное топливо. "Синтез-газ в настоящее время производится почти исключительно из ископаемого сырья", - говорит профессор. Роланд Фишер с кафедры неорганической и металлоорганической химии.

Желтый порошок, разработанный исследовательской группой во главе с Фишером, призван изменить все это. Ученые были вдохновлены фотосинтезом - процессом, который растения используют для получения химической энергии из света. "Природе нужны углекислый газ и вода для фотосинтеза", - говорит Фишер. Наноматериал, разработанный исследователями, имитирует свойства ферментов, участвующих в фотосинтезе. "Нанозим" производит синтез-газ, используя углекислый газ, воду и свет аналогичным образом.

Рекордные значения эффективности

Доктор Филип Стэнли, который затронул эту тему в рамках своей докторской диссертации, объясняет: "Молекула выполняет функцию энергетической антенны, аналогичную молекуле хлорофилла в растениях. Свет принимается, и электроны передаются в реакционный центр, катализатор." Инновационный аспект системы исследователей: теперь есть два реактивных центра, которые связаны с антенной. Один из этих центров преобразует углекислый газ в монооксид углерода, в то время как другой превращает воду в водород. Основная задача при проектировании состояла в том, чтобы расположить антенну, механизм для передачи электронов и два катализатора таким образом, чтобы был достигнут максимально возможный выход света.

И команда добилась этого. "При 36 процентах наш выход энергии из света невероятно высок", - говорит Стэнли. "Нам удается преобразовать до трети фотонов в химическую энергию. Предыдущие системы часто достигали в лучшем случае каждого десятого фотона. Этот результат вселяет надежду на то, что техническая реализация может сделать промышленные химические процессы более устойчивыми".

Фотоаккумулятор для хранения зарядов

В рамках отдельного проекта исследователи работают над другим материалом, который использует энергию солнечного света, но в данном случае накапливает ее в виде электрической энергии. "Одним из возможных применений в будущем могут стать аккумуляторы, которые заряжаются от солнечного света, не подключаясь к розетке", - говорит Фишер.

При разработке этих фотоаккумуляторов исследователи использовали компоненты, аналогичные тем, что содержатся в nanozyme. Здесь также сам материал поглощает фотоны падающего света. Но вместо того, чтобы затем служить катализатором химической реакции, приемник энергии настолько плотно интегрирован в структуру, что остается в этом состоянии, что делает возможным хранение электронов в течение более длительного периода времени. Исследователи продемонстрировали работоспособность этой системы в лаборатории.

"Есть два способа прямого использования солнечной энергии", - резюмирует доктор Жюльен Варнан, руководитель группы фотокатализа. "Либо мы извлекаем из него электрическую энергию, либо используем ее для запуска химических реакций. И эти две системы, обе основанные на одном и том же принципе, показывают, что мы добились успеха экспериментально".