Фотосинтез - удивительный процесс: растения используют его для производства молекул сахара и кислорода из простых исходных веществ - углекислого газа и воды. Они черпают энергию, необходимую им для этого сложного процесса, из солнечного света.

Если бы люди могли имитировать фотосинтез, это имело бы много преимуществ. Свободная энергия солнца могла бы быть использована для удаления углекислого газа из атмосферы и использования его для образования углеводов и других полезных веществ. Также было бы возможно производить водород, поскольку фотосинтез расщепляет воду на ее компоненты кислород и водород.

Фотосинтез: сложный процесс со многими участниками

Поэтому неудивительно, что многие исследователи работают над искусственным фотосинтезом. Это нелегко, потому что фотосинтез - чрезвычайно сложный процесс: он протекает в клетках растений во множестве отдельных стадий и включает в себя множество красителей, белков и других молекул. Однако наука постоянно добивается новых успехов.

Одним из ведущих исследователей в области искусственного фотосинтеза является профессор-химик Франк Вюртнер из Университета Юлиуса-Максимилиана (JMU) Вюрцбурга в Баварии, Германия. Теперь его команде удалось имитировать один из первых этапов естественного фотосинтеза с помощью сложного сочетания искусственных красителей и более точно проанализировать его.

Результаты были получены в сотрудничестве с группой профессора Донхо Кима из Университета Йонсей в Сеуле (Корея). Они были опубликованы в журнале Nature Chemistry.

Быстрая и эффективная транспортировка энергии в системе штабелирования

Исследователям удалось синтезировать набор красителей, который очень похож на фотосинтетический аппарат в растительных клетках - он поглощает световую энергию на одном конце, использует ее для разделения носителей заряда и поэтапно переносит их на другой конец посредством переноса электронов. Структура состоит из четырех сложенных молекул красителя из класса периленбисимидов.

"Мы можем специально активировать перенос заряда в этой структуре с помощью света и детально проанализировали это. Это эффективно и быстро. Это важный шаг на пути к развитию искусственного фотосинтеза", - говорит аспирант JMU Леандер Эрнст, который синтезировал многослойную структуру.

Супрамолекулярные провода как цель исследовательской работы

Далее исследовательская группа JMU хочет расширить наносистему из сложенных молекул красителя с четырех до большего количества компонентов - с целью в конечном итоге создать своего рода супрамолекулярную проволоку, которая поглощает световую энергию и быстро и эффективно переносит ее на большие расстояния. Это стало бы еще одним шагом на пути к созданию новых фотофункциональных материалов, которые можно было бы использовать для искусственного фотосинтеза.