- PVSM.RU - https://www.pvsm.ru -

Изобретён более дешёвый способ искусственного фотосинтеза

Изобретён более дешёвый способ искусственного фотосинтеза - 1

Уже много лет учёные бьются над проблемой экономически рентабельного искусственного фотосинтеза. Цель в том, чтобы эффективно использовать бесплатную энергию солнечного света для проведения химических реакций. До настоящего времени удалось использовать с этой целью высокоэнергетические ультрафиолетовые лучи, но они составляют всего 4% спектра солнечного света. Для других частей спектра пока найдено лишь несколько эффективных материалов, но они требуют дорогостоящих добавок: платины ($31 за грамм), рения ($1000 за грамм) или иридия ($35 за грамм).

Профессор химии Фернандо Урибе-Ромо [1] (Fernando Uribe-Romo) из Университета Центральной Флориды со своими студентами разработал новый синтетический материал [2], который преобразует CO2 в топливо под воздействием фотонов света. Такой материал решает сразу две проблемы: снижает количество парникового газа и даёт «экологически чистое» топливо. И самое главное, что для его изготовления не нужны драгоценные металлы! Здесь используется титан, который продаётся килограммами — он почти в тысячу раз дешевле, чем платина или иридий.

Синтетический материал представляет собой металл-органическую каркасную структуру (metal–organic framework, MOF). Кстати, похожие MOF из Zr6O4(OH)4(стеарилфумарат)6] используются для конденсации воды из воздуха [3], тоже при помощи одного лишь солнечного света. Представьте, даже в самой сухой пустыне вы ставите на улицу пустую бутылку — и она сама наполняется водой.

На иллюстрации внизу показана кристаллическая структура кристалла металл-органической структуры MOF MIL-125 для искусственного фотосинтеза.

Изобретён более дешёвый способ искусственного фотосинтеза - 2

В данном случае металл-органические структуры тоже используют фотоны света для энергии, но на выходе производят безобидные органические вещества — примерно так же, как растения производят для себя еду и строительный материал в процессе естественного фотосинтеза. Сбор солнечной энергии осуществляют молекулы под названием N-алкил-2-аминотерефталаты. Авторы научной работы утверждают, что молекулы можно видоизменить для реакции на конкретные участки спектра. В данном случае использовалась реакция на синий цвет. При испытании материал облучали синими светодиодами.

Изобретён более дешёвый способ искусственного фотосинтеза - 3
Фотореактор. Фото: Университет Центральной Флориды

В своеобразный «фотореактор» с мощной светодиодной подсветкой закачивали углекислый газ. В результате фотосинтеза в MOF углекислый газ преобразовался в формиаты и формамиды. Формиаты — соли муравьиной кислоты, а формамиды — амиды муравьиной кислоты. Это своеобразное солнечное топливо.

Фернандо Урибе-Ромо собирается продолжить исследования: он хочет изучить эффективность искусственного фотосинтеза на разных длинах волн, а также при большей концентрации углекислого газа, где эффективность фотосинтеза должна вырасти. Профессор говорит, что если процесс будет работать эффективно, то этот материал поможет в снижении уровня парниковых газов в атмосфере и сгодится для чистого способа производства топлива. «Эта работа является прорывом, — говорит автор. — Изготовление материалов для поглощения определённого спектра света очень трудно с научной точки зрения, но с социальной точки зрения мы помогаем развивать технологию, которая может снизить уровень парниковых газов».

Изобретён более дешёвый способ искусственного фотосинтеза - 4
Профессор Фернандо Урибе-Ромо. Фото: Университет Центральной Флориды

Может, в будущем начнут строить энергостанции нового типа — целые заводы, которые начнут в больших количествах высасывать углекислый газ из атмосферы и производить топливо. За недостаток CO2 можно не волноваться — восполнить его чрезвычайно просто, так что зелёным растениям на Земле всегда хватит материала для жизни.

Изобретён более дешёвый способ искусственного фотосинтеза - 5
Слева — изотермы абсорбции CO2 (273 K), справа — дифференциал энтальпии абсорбции

Профессор даже представляет, что в будущем люди станут покрывать крыши домов таким металл-органическим материалом, тем самым производя энергию для хозяйства и очищая воздух во дворе.

Научная работа опубликована [4] 7 апреля 2017 года в журнале Journal of Materials Chemistry A (doi:10.1039/C7TA00437K, pdf [5]).

Автор: alizar

Источник [6]


Сайт-источник PVSM.RU: https://www.pvsm.ru

Путь до страницы источника: https://www.pvsm.ru/himiya/254070

Ссылки в тексте:

[1] Фернандо Урибе-Ромо: https://sciences.ucf.edu/chemistry/people/uribe-romo-fernando/

[2] разработал новый синтетический материал: https://today.ucf.edu/ucf-invents-way-trigger-artificial-photosynthesis-clear-air-produce-energy-time/

[3] конденсации воды из воздуха: http://science.sciencemag.org/content/early/2017/04/12/science.aam8743

[4] опубликована: http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2017/ta/c7ta00437k#!divAbstract

[5] pdf: https://dfiles.ru/files/lltnqazuo

[6] Источник: https://geektimes.ru/post/288722/