Фотосинтез в нанолесу: Расщепление воды
За один час наша планета получает такой поток солнечного излучения, энергии которого хватило бы на удовлетворение годовой потребности человечества. Солнечная энергетика — один из наиболее перспективных методов добычи «зеленой» энергии. В числе направлений её развития — искусственный фотосинтез (процесс, в котором энергия Солнца преобразуется в химическую энергию топлива).
В природе фотосинтез идет по так называемой Z-схеме: квант света поглощается молекулой пигмента, образуется высокопотенциальный электрон, который затем путешествует по электронтранспортной цепи. Энергетическая диаграмма этого процесса, необходимого для преобразования углекислого газа в органические вещества, по форме напоминает лежащую на боку букву Z с вертикальными линиями, соответствующими поглощению квантов энергии.
Система, разработанная исследователями из Лаборатории Беркли (США), работает по подобной схеме. В ней задействованы два распространенных на Земле стабильных полупроводника (кремний и диоксид титана) с омическим контактом и сокатализаторы. Кремний играет роль фотокатода, на котором выделяется водород, а диоксид титана служит фотоанодом, на котором образуется кислород. Для повышения производительности системы была использована древовидная архитектура. Как и настоящие деревья в лесу, получившиеся наноструктуры препятствуют отражению солнечного света и обеспечивают большую площадь поверхности для реакций, в ходе которых образуется топливо.
Экспериментальная система не может похвастаться высокой производительностью: эффективность преобразования энергии излучения в химическую составляет всего 0,12%. И хотя в природе такой показатель является нормальным для некоторых фотосинтезирующих организмов, для коммерческого использования технологии её предстоит доработать. В качестве одного из предполагаемых усовершенствований — замена диоксида титана, «отстающего» от кремния по фототоку, на другой материал анода.
По пресс-релизу Berkeley Lab