Ученые создали фотоэлектрохимические генераторы энергии

Объединив био- и нанотехнологии, ученым удалось создать устройство, которое генерирует электричество из солнечных луче в два раза эффективнее своих современных аналогов.

Считается, что наиболее перспективным из современных направлений энергетики является разложение молекул воды в процессе фотоэлектролиза, в результате чего добывается топливный водород. Основной трудностью, с которой столкнулись изобретатели сначала, была низкая эффективность фотоэлектрохимических ячеек, в которых, собственно солнечный свет преобразовывался в ток, а тот в свою очередь расщеплял воду. Швейцарские ученые предложили задействовать в этой технологии натуральный пигмент водорослей, который бы имитировал механизм фотосинтеза.

В энергетике фотосинтез наряду с термоядерным синтезом считаются наиболее перспективными направлениями. Ученые уже давно пытаются добыть энергию, имитируя природные механизмы. Так, производя энергию из простых компонентов углекислого газа и воды, можно наладить экологически совершенно чистое производство.

В качестве одного из подходов в создании такого производства является использование фотоэлектрохимических ячеек. Электроды для них изготавливают из полупроводящих металлических оксидов, которые обеспечивают ячейкам необходимые фотокаталитические свойства. Совместно работающие американские и швейцарские ученые предложили использовать в данном направлении нано-био-фотоэлектрохимические электроды. Они состоят из наночастиц оксида железа, которые в свою очередь связаны с белком, добытым из цианобактерий. В ходе исследований ученые выяснили, что такая система повысит эффективность ячеек почти в два раза.

Трехвалентный оксид железа в форме гематита является довольно эффективным компонентом, так как этот материал способен поглощать солнечные лучи в видимом диапазоне волн. До этого использовали четырехвалентный оксид титана с более узким «радиусом действия». Оксид титана мог поглощать только ультрафиолетовые лучи, но при этом стоил он дороже оксида железа.

Вторым компонентом сложных электродов стал белок фикоцианин. У цианобактерий он играет важную роль фотоулавливающего пигмента в процессе фотосинтеза. Важность его роли подчеркивает то, что порой фикоацин достигает 60% от всех белков клетки цианобактерий. Молекулы этого белка, связанные с наночастицами гематита, очень эффективно поглощают фотоны видимого излучения, а электричество генерируемое в ходе этого процесса оказывается в два раза мощнее, чем при использовании обычных электродов на оксиде железа.

К тому же фикоацин отличается удивительной устойчивостью в агрессивных условиях, сохраняя структуру и функциональность даже в щелочной среде.

• Грибы как компьютерные чипы: учёные создают «живую память» из шиитаке
• Учёные создали трёхслойное микрофлюидное устройство для сверхэффективного охлаждения электроники
• Обычный кристалл оказался идеальным материалом для технологий на сверхнизких температурах
• Учёные научились превращать снимки атомно-силового микроскопа в точные 3D-модели движений белков
• Учёные создали уникальный гидрогель для «неклонируемых» меток безопасности
• Роботы нового поколения: в Caltech создали систему, которая может ходить, ездить и летать
• Учёные создали 3D-печатные материалы, которые полностью гасят вибрации
• Квантовые кристаллы: как учёные из Оберна открыли путь к новой технологической революции