Прорив у штучному фотосинтезі: відтворення ранніх процесів рослин

Прорив у штучному фотосинтезі: відтворення процесів ранніх рослин

Вміння використовувати сонячне світло для перетворення вуглекислого газу та води у цукри і кисень – це вражаюче досягнення природи, здійснюване завдяки складному процесу фотосинтезу. Цей природний механізм дозволяє рослинам отримувати енергію від сонячного світла, запалюючи ланцюжок реакцій, що підтримують життя на Землі. Відтворення фотосинтезу в лабораторних умовах обіцяє значні переваги. Штучне використання сонячної енергії може дозволити перетворення атмосферного вуглекислого газу в вуглеводи та інші цінні сполуки. Крім того, як частина фотосинтезу є розщеплення води, цей підхід має потенціал для виробництва водневого пального шляхом ізоляції водню і кисню.

Однак відтворення цього природного процесу – завдання не з легких. Фотосинтез включає серію складних реакцій, які відбуваються в рослинних клітинах, за участю мережі пігментів, білків та молекул. Незважаючи на ці виклики, дослідження продовжують досягати успіху в імітації природного дизайну.

Важливого досягнення було досягнуто професором Франком Вюртнером, хіміком з Julius-Maximilians-Universität (JMU) у Вюрцбурзі, Баварія, Німеччина. Його команда успішно відтворила один з початкових етапів фотосинтезу за допомогою інженерної мережі штучних барвників і провела глибокий аналіз поведінки системи.

Це дослідження, проведене у співпраці з професором Dongho Kim з університету Yonsei у Сеулі, Корея, було нещодавно опубліковано в журналі Nature Chemistry.

Команда розробила систему барвників, яка сильно нагадує комплекси збирання світла в рослинних клітинах. Штучна структура захоплює світло на одному кінці, сприяє розділенню зарядів, а потім поступово переносить електрони через серію кроків до протилежного кінця. Ця система містить чотири молекули периленбісіміду, розташовані в вертикальному стеку.

“Ми можемо спеціально викликати транспорт заряду в цій структурі за допомогою світла і детально його проаналізували. Це ефективно та швидко. Це важливий крок до розвитку штучного фотосинтезу,” – сказав аспірант JMU Леандер Ернст, відповідальний за синтез складеної системи.

У майбутньому дослідники JMU планують збільшити кількість компонентів барвників у своєму наномасштабному стеку, щоб створити супрамолекулярний провід. Така структура поглинатиме сонячне світло і ефективно передаватиме енергію на більші відстані. Досягнення цього стане значним прогресом у розробці нових фотофункціональних матеріалів, що підтримують штучний фотосинтез.