Учёные из Базельского университета разработали молекулу, способную удерживать сразу четыре заряда, полученных от света. Эта технология может приблизить создание искусственного фотосинтеза — процесса, который позволит производить углеродно-нейтральные виды топлива.
В природе растения используют фотосинтез для преобразования солнечной энергии в богатые энергией сахара. Животные и люди потребляют эти вещества, возвращая углекислый газ в атмосферу и замыкая круг, на котором основана жизнь на Земле. Исследователи стремятся воспроизвести этот процесс в лаборатории, чтобы вырабатывать топливо — водород, метанол или синтетический бензин — без дополнительного выброса CO₂.
Как работает новая молекула
Команда под руководством профессора Оливера Венгера создала молекулу из пяти связанных элементов.
- Два компонента отдают электроны и приобретают положительный заряд.
- Два других принимают электроны и становятся отрицательно заряженными.
- Центральный элемент поглощает свет и запускает передачу зарядов.
Благодаря такому устройству молекула способна поэтапно накапливать четыре заряда: две вспышки света создают сначала одну пару противоположных зарядов, а затем вторую. В результате молекула удерживает два положительных и два отрицательных заряда, достаточных для инициирования сложных химических реакций.
Докторант Матис Брэндлин отмечает, что постепенное возбуждение позволяет использовать свет значительно меньшей интенсивности, приближенной к солнечному. Кроме того, заряды сохраняются достаточно долго, чтобы участвовать в последующих реакциях.
Зачем это нужно
Ключевая сложность искусственного фотосинтеза — необходимость в реакциях с участием нескольких электронов, например, при расщеплении воды на водород и кислород. Без возможности накопления зарядов такие процессы протекают крайне неэффективно. Новая молекула решает эту задачу, открывая путь к более практичным системам солнечного топлива.
Хотя созданная структура пока не является полноценной системой искусственного фотосинтеза, она представляет собой важный строительный блок. По словам Венгера, понимание механизмов переноса и хранения электронов позволяет приблизиться к превращению солнечной энергии в устойчивое и пригодное для хранения топливо.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Chemistry.
