Общество физиологов растений России
05 Апрель, 2017

Российские ученые разработали прототип устройства для получения биотоплива за счет солнечного света

Российские ученые разработали прототип устройства для получения биотоплива за счет солнечного света

Ученые из Института физиологии растений Российской академии наук достигли успехов в разработке нанобиомолекулярных устройств для получения перспективных видов биотоплива (молекулярного водорода) за счет энергии солнечного излучения. Работа проходила в рамках проекта, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), а ее результаты были опубликованы в журнале International Journal of Hydrogen Energy.

Стремительное развитие экономики и ухудшение экологии требуют значительного увеличения экологически безопасного производства «дешевой» энергии. Исследователи считают, что одним из возможных путей обеспечения все возрастающих потребностей экономики в дешевых, экологически безопасных и энергоемких видах топлива могло бы стать создание искусственных систем фотобиосинтеза, мимикрирующих фотосинтез и способных использовать энергию солнечного света для окисления воды до кислорода О2, ионов водорода (протонов H+) и электронов. В отличие от природного биологического кислород-выделяющего комплекса (КВК), который чрезвычайно уязвим к действию стрессовых факторов, искусственные системы будут обладать необходимой стабильностью.

Во всем мире ведутся интенсивные исследования, направленные на совершенствование природных фотосинтезирующих структур путем частичной или полной замены компонентов КВК намного более стабильными искусственными металлоорганическими комплексами, на разработку искусственных систем, а также на поиск возможностей повышение эффективности, безопасности и удешевления фотопреобразующих систем. Последнее возможно осуществить в том числе за счет расширения спектра фотосинтетически активной радиации путем использования модификаций хлорофилла (зеленых пигментов растений, участвующих в фотосинтезе), способных поглощать фотоны низкой энергии.

«Мы разработали, синтезировали, исследовали и экспериментально апробировали многочисленную группу катализаторов окисления воды на основе разных наноструктурированных металлоорганических композитов. Системы катализаторов, встроенные в искусственные полипептиды, функционируют в качестве структурных моделей биологического водоокисляющего комплекса растений, водорослей и цианобактерий. Все исследованные комплексы обладают способностью катализировать фотоокисление — окисление под действием света — воды и представляют собой прототип искусственного каталитического центра, который производит восстанавливающие эквиваленты и протоны из воды», — рассказал доктор биологических наук Сулейман Аллахвердиев, автор статьи, руководитель проекта РНФ.

Водород может быть получен из воды с помощью ряда процессов, большинство из которых потребляет обычные источники энергии, такие как уголь и электричество. Однако ученым удалось существенно улучшить возможности фотоэлектрохимической системы разложения воды с выходом молекулярного водорода. Так, ученые создали наноструктурированный комплекс на основе оксида титана, легированного азотом, который способен катализировать окисление воды с образованием молекулярного водорода за счет энергии солнечного излучения, который может рассматриваться как прототип искусственного каталитического центра, производящий молекулярный водород из воды за счет неиссякаемого источника энергии.

Также ученые разработали и исследовали искусственные преобразователи энергии солнечного излучения в электрическую энергию, в которых в качестве дешевых экологически безопасных фотосенсибилизаторов используются компоненты природного фотосинтетического аппарата. С помощью выявленных стабилизирующих соединений впервые в мире удалось повысить время активного стабильного функционирования данной системы до 15 суток. Показана возможность использования в таких системах модификаций хлорофилла, способных поглощать фотоны низкой энергии, которые не поглощаются молекулами обычного хлорофилла.

«В перспективе планируется исследовать возможности использования в фотокаталитических системах разложения воды с выходом молекулярного водорода на основе оксида титана в качестве сенсибилизатора молекулы хлорофилла, обладающие способностью поглощать свет в видимой, дальней красной и ближней инфракрасной областях спектра», — заключил ученый.

Работа проходила в сотрудничестве с учеными из Тебризского университета и Азербайджанского университета имени Шахид Мадани (Иран), Технологического университета Сиднея (Австралия) и Марбургского университета имени Филиппа (Германия).

Новости

Вебинар об особенностях ПЦР реального времени

Вебинар "ПЦР реального времени и MIQE-стандарт и методические рекомендации экспертов для работы с технологией ...

Юбилейная научная сессия в СПбГУ

Кафедра физиологии и биохимии растений СПбГУ приглашает на научную сессию, посвящённую 150-летию кафедры

Конкурс научных публикаций молодых ученых 2016-2017

Принять участие приглашаем молодых ученых, аспирантов, соискателей и студентов! Для этого нужно до 30 ноября ...
Все новости
Подписка на новости ОФР
verification code
ОФР в социальных сетях

Объявления

Ищем авторов новостей

ОФР приглашает к сотрудничеству авторов ...

Координатор “Дня Растений – 2017” в России

Ищем желающих взять на себя функции национального координатора проведения Всероссийского "Дня ...

Все объявления