Loading

Первая полностью интегрированная наносистема искусственного фотосинтеза

Создано 27.05.2013 17:36
Автор: Александр Иващенко

Peidong-Yang-nanoforest

Ученые из Национальной Лаборатории Беркли (Lawrence Berkeley National Laboratory) разработали первую полностью интегрированную наносистему для искусственного фотосинтеза, в которой солнечная энергия напрямую конвертируется в химическое топливо.

«Как и хлоропласты в зеленых растениях, которые осуществляют фотосинтез, наша искусственная фотосинтетическая система состоит из двух полупроводниковых поглотителей света – межфазного слоя для переноса заряда и пространственно разделенных сокатализаторов», говорит Peidong Yang, химик из Лаборатории Беркли и глава исследования.

«Для облегчения солнечного расщепления воды, в нашей системе мы синтезировали нанопроводные гетероструктуры древообразной формы. Визуально массив этих наноструктур очень сильно похож на искусственный лес».

Peidong-forest-tree«В естественном фотосинтезе поглощенная энергия солнца производит заряженные носители, которые выполняют химические реакции в отдельных областях хлоропласт», говорит Yang. «Мы интегрировали нашу нанопроводную гетероструктуру в функциональную систему, которая имитирует объединения хлоропласт и обеспечивает концептуальную схему для улучшенной конвертации солнечной энергии в топливо».

Когда солнечный свет поглощен пигментированными молекулами в хлоропласте, заряженные электроны генерируют движения молекул, пока это не приведет к превращению диоксида углерода в углеводные сахара. Эта электронная транспортная цепь называется схемой Z из-за картины движений, напоминающей букву Z.

Peidong Yang и его коллеги также используют в своей системе схему Z, но применяют два изобильных и устойчивых полупроводниковых материала – кремний и оксид титана. Кремний используется для фотокатода, генерирующего водород, а оксид титана для генерирующего кислород фотоанода.

Древоподобная архитектура использована для максимального увеличения эффективности системы. Как деревья в настоящем лесу, плотные массивы искусственных нанодеревьев подавляют отражение света и увеличивают площадь химических реакций.

Под искусственным освещением эта интегрированная искусственная система достигает показателя эффективности конвертации солнечного света в топливо в 0,12%. Хотя, в сравнении с природными процессами фотосинтеза, этот показатель не так высок и должен быть улучшен для коммерческого использования.

Источник: Lawrence Berkeley National Laboratory.

Комментарии: