В устройстве такого типа
расщепление воды идёт непосредственно на поверхности электродов,
выставленных на свет. Так что отпадает необходимость в промежуточной
выработке электроэнергии, как в случае классического тандема «солнечные
батареи – электролизёр». На роль материала для PEC физики не раз
пробовали оксиды металлов (некоторые из них обладают хорошими
фотокаталитическими свойствами). В новой работе учёные решили применить гематит (разновидность оксида железа). Он усваивает энергию лучей в видимом спектре, дёшев и к тому же широко распространён. Однако главная изюминка эксперимента — второй компонент электрода. Это фикоцианин (phycocyanin), белок, содержащийся в сине-зелёных водорослях (цианобактериях).
Плёнка из наночастиц гематита (красный цвет)
с сетью белкового пигмента (зелёный) под электронным микроскопом.
Масштабная линейка – 1 микрометр (фото E. Vitol, Argonne National
Laboratory).
"Я был вдохновлён природным фотосинтезом цианобактерий, в котором
фикоцианин выступает в качестве основного собирающего свет компонента.
Я хотел запустить искусственный фотосинтез с использованием керамики
и белков", — вспоминает Дебаджит Бора (Debajeet K. Bora) из EMPA, главный автор разработки. Исследователи
поместили сеть молекул фикоцианина на поверхность гематитового
электрода. При этом, утверждает Бора, белок образовал с оксидом железа
ковалентную связь. Испытав такой гибридный материал, учёные
обнаружили, что электрод с биологической добавкой производит вдвое
больший индуцированный фототок в сравнении с аналогом, построенным из
одного гематита. То есть новый материал поглощал и использовал больше
фотонов. При этом белковый комплекс на поверхности пластины,
к удивлению специалистов, оказался довольно стойким. Он не разрушался
при контакте с оксидом железа в щелочной среде на ярком свете, хотя
теоретически эти условия для него не слишком-то благоприятны. Разработка
EMPA представляет интерес в качестве возможного способа производства
водородного горючего. Нужно только выяснить, как массово создавать такие
электроды и как они будут работать в реальных установках, а не
в крохотном лабораторном образце.
|