Ученые разработали новый метод искусственного фотосинтеза, который будет производить высокоэнергетические углеводные цепи из парниковых газов — углекислого газа. И ядро всего процесса — наночастицы золота, которые действуют как катализаторы, сообщает kratko-news.com.
Во время естественного фотосинтеза растения преобразуют солнечную энергию в глюкозу. Этот процесс использует воду и углекислый газ. Новый искусственный процесс будет работать аналогичным образом: жидкая химия будет создана без какого-либо хлорофилла в цепочке химических манипуляций.
«Наша цель — производить сжиженные углеводы из избытка CO₂ и других устойчивых источников, таких как солнечный свет. Жидкое топливо идеально, потому что его легче, безопаснее и экономичнее транспортировать, чем газ», — сказал Прашант Джейн, химик из Университета Иллинойса в Урбана-Шампу, США.
Преимущества реализации искусственного фотосинтеза в больших масштабах были бы огромными: мы бы приобрели чистый, устойчивый источник энергии, который мог бы однажды обогреть наши дома и стать топливом наших автомобилей. Все, что нужно, это проводить подобные химические реакции с растениями.
Многие исследовательские лаборатории по всему миру давно преследуют эту цель: с одной стороны, это источник бесконечного топлива для фотосинтеза — солнечной энергии. С другой стороны, это помогло бы потреблять опасные атмосферные загрязнители — CO₂.
Новое исследование П.Джайна проводится на основе его собственного исследования, проведенного в 2018 году: в прошлом году он исследовал, могут ли наночастицы золота использоваться вместо хлорофилла. Хлорофилл — это зеленый пигмент растений, который играет каталитическую роль в естественном фотосинтезе и химической реакции, которая не может быть сама по себе.
«Ученые часто ищут растения, чтобы найти возможности для преобразования солнечной энергии, углекислого газа и воды в топливо», — сказал химик в прошлом году.
Эти эксперименты показали, что маленькие золотые шарики, которые измеряются в нанометрах, могут поглощать видимый зеленый свет и переносить вызванные светом электроны и протоны.
В последнем исследовании была разработана та же методология: двуокись углерода переводилась в сложные углеводородные цепи, включая пропан и метан, синтез которых происходит в ионизированном растворе с наночастицами золота, освещенными солнечным светом.
Применяя этот метод, плазменное возбуждение частиц золота на границе раздела между наночастицами и раствором создает среду с высокой нагрузкой, подходящую для активации CO. Ионизированный раствор стабилизирует промежуточные соединения, несущие заряд, в этом месте, тем самым способствуя многостадийным реакциям восстановления и образованию связей CC.
Такой синтез дает не только метан и пропан, но также этилен, ацетилен и пропилен — соединения с более сложной структурой, которые могут однажды стать полезным накопителем энергии в топливных элементах.
«Жидкие топливные соединения, состоящие из более длинных молекулярных цепей, имеют больше межмолекулярных связей. А это значит, что они имеют более высокую плотность энергии », — сказал Джайн.
Но, как и любой другой метод искусственного фотосинтеза, практические преимущества этого прорыва основаны на эффективности метода и способности реализовать его в промышленных масштабах.
В связи с этим ученые признают, что все еще существует необходимость в улучшении способности наночастиц золота катализировать необходимые химические реакции и расширении возможностей этого метода в промышленных масштабах.
