Нанотехнологии помогут создать искусственный фотосинтез

Металлические наноматериалы могут стать катализаторами для реакций, производимых за счет энергии солнца

seagul/pixabay

Наноматериалы помогут использовать солнечный свет для управления химическими реакциями, в частности искусственным фотосинтезом. К такому выводу пришли химики британского Имперского колледжа, Гарвардского и Дуйсбург-Эссенского университета (Германия), сделавшие открытие в области поглощения и накопления энергии солнца в процессе изучения свойств наноматериала из серебра. Об исследования ученых опубликованы в журнале Nature Communications.

При обычных условиях углекислый газ и вода не реагируют друг с другом, но в процессе фотосинтеза растения, используя энергию солнца, преобразуют эти два вещества в глюкозу и кислород. Многие молекулы, которые реагируют друг с другом, свет не поглощают. Для химической реакции нужны фотокатализаторы — вещества, эффективно поглощающие свет, которые передают молекулам энергию для реакции.

Авторы нового исследования изучили работу искусственного нанокатализатора, состоящего из наночастиц серебра (1/109 метра). Оказалось, что в определенных зонах на поверхности такого материала под воздействием света могут происходить химические реакции. Эти зоны ученые пометили маркерами — золотыми наночастицами. Следующим этапом их работы будет конструирование наноматериала таким образом, чтобы увеличить передающие энергию участки.

«Металлические наноструктуры, которые мы с моей группой исследовали последние десять лет, продолжают удивлять нас своей способностью управлять светом на наноуровне», — отметил ведущий исследователь Стефан Майер (Stefan Maier).

По словам доктора Эмилиано Кортеса (Emiliano Cortés) из Имперского колледжа, в перспективе подобные материалы могут повысить эффективность солнечных панелей, позволить запасать больше энергии, использоваться при расщеплении жидких и газообразных загрязнителей (например, попадающих в воду пестицидов).

Опыты в области искусственного фотосинтеза проводились и раньше. В сентябре 2015 года немецким ученым из Технического университета Ильменау удалось добиться поглощения солнечной энергии с помощью световых расщепителей воды, созданных на базе полупроводников, преобразующих воду в водород. Катализатором в данной структуре служит редкоземельный металл родий.

В 2016 году в Университете Южной Калифорнии были проведены опыты по преобразованию атмосферного углекислого газа в метанол; катализатором для реакции послужил металл платиновой группы рутений. Технология с использованием оксида индия и оксида циркония запатентована в том же году при содействии французской энергетической компании Total, которая изучает возможности ее коммерческого использования.