Первая полностью интегрированная наносистема искусственного фотосинтеза
Ученые из Национальной Лаборатории Беркли (Lawrence Berkeley National Laboratory) разработали первую полностью интегрированную наносистему для искусственного фотосинтеза, в которой солнечная энергия напрямую конвертируется в химическое топливо.
«Как и хлоропласты в зеленых растениях, которые осуществляют фотосинтез, наша искусственная фотосинтетическая система состоит из двух полупроводниковых поглотителей света – межфазного слоя для переноса заряда и пространственно разделенных сокатализаторов», говорит Peidong Yang, химик из Лаборатории Беркли и глава исследования.
«Для облегчения солнечного расщепления воды, в нашей системе мы синтезировали нанопроводные гетероструктуры древообразной формы. Визуально массив этих наноструктур очень сильно похож на искусственный лес».
«В естественном фотосинтезе поглощенная энергия солнца производит заряженные носители, которые выполняют химические реакции в отдельных областях хлоропласт», говорит Yang. «Мы интегрировали нашу нанопроводную гетероструктуру в функциональную систему, которая имитирует объединения хлоропласт и обеспечивает концептуальную схему для улучшенной конвертации солнечной энергии в топливо».
Когда солнечный свет поглощен пигментированными молекулами в хлоропласте, заряженные электроны генерируют движения молекул, пока это не приведет к превращению диоксида углерода в углеводные сахара. Эта электронная транспортная цепь называется схемой Z из-за картины движений, напоминающей букву Z.
Peidong Yang и его коллеги также используют в своей системе схему Z, но применяют два изобильных и устойчивых полупроводниковых материала – кремний и оксид титана. Кремний используется для фотокатода, генерирующего водород, а оксид титана для генерирующего кислород фотоанода.
Древоподобная архитектура использована для максимального увеличения эффективности системы. Как деревья в настоящем лесу, плотные массивы искусственных нанодеревьев подавляют отражение света и увеличивают площадь химических реакций.
Под искусственным освещением эта интегрированная искусственная система достигает показателя эффективности конвертации солнечного света в топливо в 0,12%. Хотя, в сравнении с природными процессами фотосинтеза, этот показатель не так высок и должен быть улучшен для коммерческого использования.
Источник: Lawrence Berkeley National Laboratory.
- < «Урожай воды» для мексиканцев
- Гибкую электронику на основе графена будут печатать струйным принтером >
Комментарии: