Вирусы дадут топливо для автомобилей будущего
Полностью воспроизвести все процессы, протекающие в зеленом листе, и приспособить их для получения водорода ученые пока не могут. Но определенные шаги в этом направлении помогли сделать не растения, а вирусы. Водород для заправки автомобилей будущего можно будет получать при помощи вирусов. Исследователи смогли приспособить вирусные частицы для постройки катализаторов, расщепляющих воду на кислород и водород.
Группа ученых из Массачусетского технологического института (США) описала результат своей работы на страницах журнала Nature Nanotechnology.
Замкнутый цикл
Водородное топливо неспроста рассматривают в качестве горючего будущего. При горении водород превращается в воду, из которой снова можно извлечь водород. Водород — водяной пар — снова водород, этот цикл теоретически может быть вечным при условии затрат на него энергии и наличия экономически выгодного процесса получения водорода.
Не для Кулибиных
Сообщения о постройке того или иного генератора водорода едва ли не в гаражных условиях поступают регулярно. Однако коммерчески успешных или хотя бы работающих прототипов намного меньше, что и неудивительно: высокотехнологичный продукт на дому не делается.
С экономически выгодным извлечением водорода из воды, впрочем, наблюдаются определенные проблемы. Электролиз, знакомый по школьным урокам химии, далеко не столь эффективен, как хотелось бы, да и электричество для него тоже надо откуда-то взять. Солнечный свет, вот что было бы идеальным источником энергии для выделения водорода... но сами по себе лучи света молекулу воды не расщепят, нужен катализатор.
Молекула порфирина - органического вещества, способного связываться (за счет "дырки" в центре) с ионами металлов. Порфирин-цинковые клмплексы играют ключевую роль в расщеплении воды под действием солнечного света.
Имитируя природу
Живые клетки расщеплять воду научились давно. Фотосинтез — пример комплекса реакций, при которых не только усваивается атмосферный углекислый газ, но и расщепляется молекула воды. Проблема для физиков, химиков и инженеров здесь кроется в сложности необходимых для расщепления воды механизмов и необходимости не только расщепить воду, но и получить водород.
В чем разница
Расщепление воды — под действием кванта света и катализаторов вода превращается в ион водорода H + и ион OH -. Чтобы получить молекулу водорода, ее необходимо сложить из ионов.
Комплекс белков, которые вместе с хлорофиллом собирают солнечный свет, расщепляют воду и попутно извлекают энергию для многих других процессов, воспроизвести и переделать под производство водорода вне живой клетки пока что невозможно. А раз невозможно, то почему бы не зайти с другой стороны?
Исследователи обратились к тому факту, что в высокая эффективность фотосинтезирующих комплексов растений обусловлена их пространственной упорядоченностью, и решили построить столь же правильную структуру своими силами, только не в клетке, а в специальном пористом пластике.
Кислород считается основой для жизни животных и человека. Однако есть животные, которым он не нужен вовсе.
Для того, чтобы катализатор на основе оксида иридия, несущие ионы цинка и молекулы порфирина расположились в нужном порядке, ученые решили использовать вирусы.
Безвредный для человека бактериофаг (пожиратель бактерий) M13 был методами генной инженерии доработан таким образом, чтобы из большого числа вирусных частиц складывался своего рода каркас для будущей фотохимической системы. Из вирусных частиц собирается основа, из иридиевого катализатора формируется расщепляющая воду начинка, а порфириновые молекулы образуют собирающие и фокусирующие свет «антенны» — все, прототип энергетической ячейки готов.
От прототипа до промышленного образца, который массово выпускается на заводе, конечно, путь неблизкий. Группа ученых, например, планирует заменить иридиевый катализатор на что-нибудь подешевле и попроще, так как металлы платиновой группы все же не относятся к массовым материалам. Кроме того, предстоит добиться многократного, в течении миллиардов циклов, повторения одних и тех же химических реакций на поверхности катализатора, необходимо повысить эффективность расщепления воды, а также требуется разработать недорогой способ получать энергетические ячейки в промышленных масштабах.
По оценкам Томаса Маллока, эксперта из пенсильванского университета, все это дело весьма отдаленного будущего. Но тем не менее Маллок считает, что это значительный шаг на пути к искусственному фотосинтезу с попутным получением водорода.
Группа ученых из Массачусетского технологического института (США) описала результат своей работы на страницах журнала Nature Nanotechnology.
Замкнутый цикл
Водородное топливо неспроста рассматривают в качестве горючего будущего. При горении водород превращается в воду, из которой снова можно извлечь водород. Водород — водяной пар — снова водород, этот цикл теоретически может быть вечным при условии затрат на него энергии и наличия экономически выгодного процесса получения водорода.
Не для Кулибиных
Сообщения о постройке того или иного генератора водорода едва ли не в гаражных условиях поступают регулярно. Однако коммерчески успешных или хотя бы работающих прототипов намного меньше, что и неудивительно: высокотехнологичный продукт на дому не делается.
С экономически выгодным извлечением водорода из воды, впрочем, наблюдаются определенные проблемы. Электролиз, знакомый по школьным урокам химии, далеко не столь эффективен, как хотелось бы, да и электричество для него тоже надо откуда-то взять. Солнечный свет, вот что было бы идеальным источником энергии для выделения водорода... но сами по себе лучи света молекулу воды не расщепят, нужен катализатор.
Молекула порфирина - органического вещества, способного связываться (за счет "дырки" в центре) с ионами металлов. Порфирин-цинковые клмплексы играют ключевую роль в расщеплении воды под действием солнечного света.
Имитируя природу
Живые клетки расщеплять воду научились давно. Фотосинтез — пример комплекса реакций, при которых не только усваивается атмосферный углекислый газ, но и расщепляется молекула воды. Проблема для физиков, химиков и инженеров здесь кроется в сложности необходимых для расщепления воды механизмов и необходимости не только расщепить воду, но и получить водород.
В чем разница
Расщепление воды — под действием кванта света и катализаторов вода превращается в ион водорода H + и ион OH -. Чтобы получить молекулу водорода, ее необходимо сложить из ионов.
Комплекс белков, которые вместе с хлорофиллом собирают солнечный свет, расщепляют воду и попутно извлекают энергию для многих других процессов, воспроизвести и переделать под производство водорода вне живой клетки пока что невозможно. А раз невозможно, то почему бы не зайти с другой стороны?
Исследователи обратились к тому факту, что в высокая эффективность фотосинтезирующих комплексов растений обусловлена их пространственной упорядоченностью, и решили построить столь же правильную структуру своими силами, только не в клетке, а в специальном пористом пластике.
Кислород считается основой для жизни животных и человека. Однако есть животные, которым он не нужен вовсе.
Для того, чтобы катализатор на основе оксида иридия, несущие ионы цинка и молекулы порфирина расположились в нужном порядке, ученые решили использовать вирусы.
Безвредный для человека бактериофаг (пожиратель бактерий) M13 был методами генной инженерии доработан таким образом, чтобы из большого числа вирусных частиц складывался своего рода каркас для будущей фотохимической системы. Из вирусных частиц собирается основа, из иридиевого катализатора формируется расщепляющая воду начинка, а порфириновые молекулы образуют собирающие и фокусирующие свет «антенны» — все, прототип энергетической ячейки готов.
От прототипа до промышленного образца, который массово выпускается на заводе, конечно, путь неблизкий. Группа ученых, например, планирует заменить иридиевый катализатор на что-нибудь подешевле и попроще, так как металлы платиновой группы все же не относятся к массовым материалам. Кроме того, предстоит добиться многократного, в течении миллиардов циклов, повторения одних и тех же химических реакций на поверхности катализатора, необходимо повысить эффективность расщепления воды, а также требуется разработать недорогой способ получать энергетические ячейки в промышленных масштабах.
По оценкам Томаса Маллока, эксперта из пенсильванского университета, все это дело весьма отдаленного будущего. Но тем не менее Маллок считает, что это значительный шаг на пути к искусственному фотосинтезу с попутным получением водорода.
