Учёные из Йельского университета создали устройство, которое буквально повторяет процесс фотосинтеза, но делает это в интересах человека. Солнечный «лист» поглощает углекислый газ и воду, а на выходе выдаёт жидкий метанол — топливо, которое можно хранить, транспортировать и использовать в двигателях и химической промышленности. Главное преимущество новинки — она работает полностью автономно, без подключения к электросети.
В основе устройства лежит два ключевых элемента, которые разрабатывали несколько лет. Первый — специальный катализатор на основе фталоцианина кобальта, закреплённого на углеродных нанотрубках. Нанотрубки играют роль «электронных магистралей», быстро доставляя электроны к активным центрам реакции. Благодаря этому катализатору удаётся провести сложную шестиэлектронную реакцию, которая превращает CO₂ и воду в метанол. Ранее большинство молекулярных катализаторов могли работать только с двухэлектронными реакциями и производили более простые вещества, например, угарный газ.
Второй компонент — фотоэлектрод, разработанный докторантом Бо Шан (Bo Shang). Он представляет собой микроскопические кремниевые столбики, покрытые фуллереновым углеродным материалом. Такая геометрия улучшает разделение зарядов и повышает эффективность переноса электронов, а также увеличивает площадь поверхности для каталитических реакций.
Вместе эти две системы создали один из самых эффективных кремниевых фотоэлектрокаталитических устройств для получения метанола, о которых сообщалось до сих пор. Устройство работает исключительно на солнечном свете — никакого внешнего электричества не требуется.
Почему это важно
Метанол уже сегодня используют как промышленное сырьё и альтернативное топливо в судоходстве и энергетике. В отличие от водорода или электричества, жидкое топливо удобно хранить и перевозить по существующей инфраструктуре. Кроме того, технология позволяет одновременно утилизировать углекислый газ, превращая его из проблемы в ресурс.
«Это выглядит многообещающе — концепция сопоставима с тем, что делает природа», — отметил профессор химии Йельского университета Хайлян Ван (Hailiang Wang). По его словам, команда сильно воодушевилась, когда впервые увидела работающее устройство.
Исследователи подчёркивают, что будущее искусственного интеллекта и робототехники потребует огромных объёмов энергии. Солнечные топлива вроде метанола могут стать одним из решений, позволяющих накапливать солнечную энергию в удобной жидкой форме.
Пока устройство существует в лабораторном масштабе. Учёные продолжают работать над повышением эффективности и долговечности. Перед коммерческим внедрением предстоит решить немало технических задач, однако уже сейчас ясно: искусственный фотосинтез перешёл из разряда красивых идей в область реальных инженерных решений.
