Химическая промышленность производит около 6% от общего объёма выбросов углерода в мире. Команда под руководством Кембриджского университета изучает инновационные подходы, которые в конечном итоге могут «освободить» эту жизненно важную отрасль от ископаемого топлива.
Их прорыв заключается в создании гибридного устройства, которое объединяет светопоглощающие органические полимеры и бактериальные ферменты для преобразования солнечного света, воды и углекислого газа в формиат — чистое топливо, которое может питать дополнительные химические реакции.
Этот «полуискусственный лист» воспроизводит фотосинтез, естественный процесс, с помощью которого растения преобразуют солнечный свет в энергию, и работает полностью за счёт собственной энергии. В отличие от предыдущих конструкций, которые использовали токсичные или нестабильные светопоглотители, эта новая биогибридная модель использует нетоксичные материалы, работает более эффективно и остаётся стабильной без добавок.
В лабораторных испытаниях команда успешно использовала солнечный свет для преобразования углекислого газа в муравьиную кислоту, а затем применила его для синтеза ценного соединения, используемого в фармацевтике, достигнув высокой производительности и чистоты.
Согласно результатам, опубликованным в журнале Joule, это первый случай, когда органические полупроводники служат компонентом, улавливающим свет, в такой биогибридной системе, что открывает путь для нового поколения экологически чистых искусственных листьев.
Химическая промышленность остаётся краеугольным камнем мировой экономики, производя широкий спектр товаров — от лекарств и удобрений до пластмасс, красок, электроники, чистящих средств и туалетных принадлежностей.
Новое устройство объединяет органические полупроводники с ферментами из сульфатвосстанавливающих бактерий, расщепляя воду на водород и кислород или преобразуя углекислый газ в формиат.
Исследователи также решили давнюю проблему: большинство систем требуют химических добавок, известных как буферы, для поддержания работы ферментов. Они могут быстро разлагаться и ограничивать стабильность. Внедрив вспомогательный фермент, карбоангидразу, в пористую структуру титана, исследователи позволили системе работать в простом растворе бикарбоната — похожем на газированную воду — без неустойчивых добавок.
Тесты показали, что искусственный лист генерирует высокий ток и достигает почти идеальной эффективности в направлении электронов в реакции по производству топлива. Устройство успешно работало более 24 часов: более чем в два раза дольше, чем предыдущие конструкции.
Источник: habr.com