Dodano: 28 maj 2021r.

Sztuczna fotosynteza bardziej wydajna? Nowy pomysł polskich badaczy

Polscy naukowcy z kilku instytucji opracowali nanosystem w postaci platformy organicznej, który usprawni pracę urządzeń do przeprowadzania sztucznej fotosyntezy. System może również znaleźć zastosowanie przy budowie fotoczujników działających z bardzo dużą czułością, wykrywających istotne molekuły, np. w ludzkiej krwi.

Sztuczna fotosynteza bardziej wydajna? Nowy pomysł polskich badaczy

 

Urządzenia do przeprowadzania sztucznej fotosyntezy, nazywane czasem sztucznymi liśćmi, dzięki energii Słońca mogą przetwarzać łatwo dostępne związki - dwutlenek węgla, wodę, azot czy tlen - w paliwa czy potrzebne w danym momencie związki chemiczne. W założeniu taki sztuczny liść ma więc być lepszy od prawdziwego przede wszystkim w wydajności i w dostosowaniu produkowanych w nim związków do aktualnych potrzeb danej społeczności w danym czasie.

Sztuczna fotosynteza

Badania dotyczące tematyki sztucznej fotosyntezy są rozwijane przez naukowców od lat 70. XX wieku. W ostatnich pięciu latach nastąpił jednak przełom w tej dziedzinie. Jest coraz więcej nanosystemów konwertujących energię słoneczną w paliwo i elektryczność z coraz większą wydajnością.

Zespół naukowców z Uniwersytetu Warszawskiego i innych ośrodków badawczych (Instytutu Chemii Organicznej - PAN i Instytutu Technologii Materiałów Elektronicznych - Sieć Badawcza Łukasiewicz) przedstawił rozwiązanie, które zwiększa wydajność takich nanosystemów. Wyniki pracy opublikowano piśmie „Nanoscale”, wydawanym przez brytyjskie Royal Society of Chemistry (DOI: 10.1039/D0NR08870F).

Nanosystem, w postaci platformy organicznej, opracowano pod kierunkiem prof. Joanny Kargul i dr Margot Jacquet z Centrum Nowych Technologii UW.

Nanosystem fotoaktywny

- W naszej publikacji, podsumowującej dwuletni projekt badawczy, pokazujemy, że możemy stworzyć platformę chemiczną do unieruchamiania różnego rodzaju katalizatorów, które biorą udział w konwersji energii słonecznej. W artykule opisujemy elektroaktywne białko – bardzo silnie wiązane do elektrody dzięki uniwersalnej platformie chemicznej opartej na metaloorganicznych drutach terpirydynowych (TPY) tworzących jednorodną i samoorganizującą się monowarstwę (tzw. SAM). Platforma została bardzo racjonalnie przez nas zaprojektowana, zsyntetyzowana i umiejscowiona na powierzchni elektrody – mówi prof. Joanna Kargul, cytowana w prasowym komunikacie UW.

Opisany przez badaczy wysoce przewodzący nanosystem fotoaktywny opiera się na nietoksycznych i szeroko dostępnych pierwiastkach. System działa w wodnym elektrolicie bez zewnętrznych mediatorów, co sprawia, że będzie mógł być potencjalnie wykorzystywany w urządzeniach typu sztuczny liść czy biosensorach - czytamy w omówieniu badania na stronie UW.

- Elektrody zostały wykonane z tlenku cyny indu (ITO), materiału niskokosztowego, który jest transparentny, przepuszczający światło. Pokazujemy, że możemy usprawnić komunikację elektroniczną pomiędzy modelowym elektroaktywnym białkiem a powierzchnią elektrody. To jest klucz do sukcesu, aby usprawnić wydajność takich urządzeń nie tylko w sztucznej fotosyntezie, ale również w konstrukcji bardziej wydajnych fotoczujników działających z bardzo dużą czułością, wykrywających istotne molekuły, np. w krwi ludzkiej – wyjaśnia prof. Joanna Kargul.

 

Źródło: www.naukawpolsce.pap.pl