Новости

Ученые придумали новый способ получения водородного топлива

Исследовательская группа из США при участии учёных из МФТИ собрала нанобиоконструкцию, которая под действием света производит водород из воды. Специалисты синтезировали нанодиски — круглые кусочки мембраны, состоящие из двойного слоя липидов, — со встроенным светочувствительным белком и соединили их с частицами фотокатализатора оксида титана TiO2. Результаты работы опубликованы в журнале ACS Nano.

Водород — один из лучших альтернативных источников энергии. При его сгорании образуется водяной пар, так что он не вредит экологической обстановке. Кроме того, коэффициент полезного действия у водородного топлива (>45%) гораздо выше, чем у бензинового или дизельного (<35%). Такие крупные автомобильные компании, как Toyota, Honda и BMW, уже производят автомобили на водородном топливе, хоть и в ограниченных масштабах. Производство водорода всё ещё является затратным, в том числе и по электроэнергии. Поэтому учёные ищут способ получения водорода с помощью другого энергетического источника.

Водород можно получить из воды с помощью солнечной энергии. Для этого необходимо присутствие специального вещества — фотокатализатора. Наиболее распространённым фотокатализатором является TiO2. Сам по себе он недостаточно эффективен, поэтому учёные придумывают разные ухищрения: добавляют примеси, измельчают фотокатализатор до наночастиц и т. д. В Аргоннской национальной лаборатории (США) исследователи обратились к биологии и собрали наноконструкцию из TiO2 и белка бактериородопсина. Эти светочувствительные компоненты усиливают действие друг друга и образуют новую систему, функциональность которой намного превосходит набор свойств всех её частей.

Нанодиски замешивали в водном растворе вместе с частицами TiO2 с платиновыми вкраплениями для большего эффекта. За ночь они сами прикрепились друг к другу. В данном случае бактериородопсин выполнял несколько функций: во-первых, он был антенной, которая собирает свет и передаёт энергию TiO2, усиливая его фоточувствительность, а во-вторых, он переносил протоны, которые восстанавливались до водорода посредством платинового катализатора. Так как на восстановление затрачиваются электроны, учёные добавили в воду немного метилового спирта в качестве источника электронов. Смесь сначала поместили под зелёный свет, а потом — под белый. Во втором случае водорода получилось примерно в 74 раза больше. В среднем почти постоянное выделение водорода наблюдалось по меньшей мере 2–3 часа.

Раньше уже проводились опыты с подобной конструкцией, но там использовали натуральный бактериородопсин в натуральной мембране. Нанодиски попробовали впервые, и оказалось, что при их применении водорода выделяется столько же или даже больше, но при этом на такое же количество частиц TiO2 требуется меньше бактериородопсина. Учёные предположили, что это связано с тем, что нанодиски строго одинаковые по размеру и компактные, что позволяет им образовать больше связок. Хотя сейчас дешевле использовать натуральный бактериородопсин, возможно, развивающиеся методы синтеза жизни «в пробирке» вскоре сделают применение нанодисков более целесообразным.

Читайте также
«Википедии» — 20 лет: вся правда о важнейшем сайте интернета
«Википедии» — 20 лет: вся правда о важнейшем сайте интернета
Говорим с одним из основателей, администратором и автором народной интернет-энциклопедии.
Математический секрет красоты
Математический секрет красоты
Числа Фибоначчи — что это и для чего они нужны?
Менделеевские числа: прорыв в химии?
Менделеевские числа: прорыв в химии?
Таблица Менделеева изучается уже 150 лет, и, казалось бы, про нее давно все известно. Но нет!