Фотосинтез растений — основа жизни на Земле. Под действием света зеленые клетки превращают углекислый газ в сахара, накапливая энергию, которую затем используют животные и люди. Химики и инженеры давно стремятся воспроизвести этот процесс в лаборатории: полученное топливо — например, водород или синтетический бензин — выделяло бы ровно столько CO₂, сколько было поглощено при его производстве. Такой замкнутый цикл делает энергоносители углеродно-нейтральными.
Ученые из университета Базеля (Швейцария) создали молекулу с уникальными свойствами: под воздействием света она способна накапливать сразу четыре заряда — два положительных и два отрицательных. Это важный промежуточный шаг к преобразованию солнечной энергии в углеродно-нейтральное топливо. Работа опубликована в журнале Nature Chemistry.
Новая молекула построена из пяти функциональных фрагментов. Две части на одном конце отдают электроны и заряжаются положительно, две противоположные — принимают электроны и становятся отрицательными. В центре располагается фоточувствительный компонент, который улавливает свет и запускает перенос электронов.
Молекула устроена как мини-конструктор из пяти частей, каждая из которых отвечает за свою задачу. На одном ее конце есть две части, которые отдают электроны и заряжаются положительно. На другом конце — две части, которые, наоборот, принимают электроны и становятся отрицательными. В центре находится «сердце» молекулы — компонент, улавливающий солнечный свет и запускающий процесс передачи электронов.
Чтобы молекула накопила сразу четыре заряда, ученые использовали пошаговый метод. Первая вспышка света запускает реакцию — появляется один положительный и один отрицательный заряд, которые расходятся к противоположным концам молекулы. Вторая вспышка повторяет процесс, и в итоге у молекулы оказывается по два заряда каждого типа.
Система работает даже при сравнительно слабом свете, близком по интенсивности к естественному солнечному. Ранее для подобных экспериментов требовались мощные лазеры. Кроме того, заряды в молекуле сохраняются достаточно долго, чтобы участвовать в дальнейших химических реакциях, например, в расщеплении воды на водород и кислород.
Полностью воспроизвести фотосинтез пока не удалось, но эта работа демонстрирует основу будущей технологии.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, как дефицит железа нарушает фотосинтез у океанических водорослей.
