Схема искусственного фотосинтеза с использованием основанного на графене фотокатализатора (здесь и далее иллюстрации JACS).
Конвертируя солнечный свет в химическую энергию, искусственные фотосинтетические системы могли бы стать источником возобновляемого, экологически чистого топлива, а также разнообразных химических продуктов, полезных в самых разных производственных областях. Однако создание по-настоящему эффективной системы, превращающей солнечную энергию в топливо, — очень непростая задача, и пока продемонстрирована лишь принципиальная возможность разработки таких систем (впрочем, это утверждение, кажется, уже устарело).
Южнокорейским исследователям, представляющим НИИ химической технологии и Сеульский женский университет, удалось показать, что вездесущий графен может служить фотокатализатором в системах искусственного фотосинтеза, резко повышая их эффективность.
Любопытно, что в качестве фотокатализатора графен использует солнечный свет, разгоняя реакции без собственного участия в них. Как поясняют авторы работы, по-настоящему хороший фотокатализатор должен действовать в области видимого света, на долю которого приходится 46% всей добирающейся до нас солнечной энергии, а не в ультрафиолетовом диапазоне, оперирующем лишь 4%.
Учёные химически объединили чистый графен (а не какой-нибудь сложный композит на его основе, как делают другие) с мульти-антрахинон-замещённым порфирином, используемым в качестве хромофора. И у них получилось: такой материал действительно работает фотокатализатором в NADH-регенеративной системе и способен запускать ферментативную конверсию солнечного света, воды и диоксида углерода в муравьиную кислоту — химическое вещество, применяемое при производстве пластиков и в фармацевтике, а также в качестве горючего в соответствующих топливных элементах. Испытания также подтвердили, что основанный на графене фотокатализатор оперирует в области именно видимого света, а его эффективность значительно выше, чем показатели конкурирующих решений.
Чтобы понять причины возникновения повышенной фотокаталитической активности, исследователи потратили немало времени, проводя спектральный, термический и микроскопический анализ своего детища. В результате было установлено, что созданный материал обладает хорошими электрон-транспортными свойствами, а большая площадь поверхности графена помогает ускорять химические реакции конверсионного процесса.
Подробности исследования можно найти в издании Journal of the American Chemical Society.
Подготовлено по материалам Phys.Org.
Загрузка...