Создан новый биоматериал, превращающий солнечный свет и воду в перекись водорода

Традиционное производство пероксида водорода (H₂O₂) требует огромных затрат энергии. Ученые из Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США нашла способ обойти это ограничение. В основе разработки лежит наноархитектура — технология сборки функциональных систем из наноразмерных блоков. Исследователи соединили синтетический полупроводник с компонентами живой клетки, создав композит, которому для работы нужны лишь вода, воздух и свет. Результаты работы опубликованы в журнале Journal of the American Chemical Society. 

Как работает изобретение

В качестве биологического компонента ученые использовали пурпурную мембрану, выделенную из архей — микроорганизмов, обитающих в соленых водоемах. Этот природный элемент играет роль солнечной батареи. Когда на композит попадает свет, мембрана захватывает его энергию и запускает движение заряженных частиц.

Толщина гибридных нанолистов не превышает 200 нанометров, что примерно в 500 раз тоньше человеческого волоса. Двигаясь по этим структурам, протоны и электроны активируют неорганическую основу — оксихлорид висмута (BiOCl). Вступая в контакт с кислородом в воздухе и воде, полупроводник превращает их в пероксид водорода. 

Ключевым моментом стала правильная организация зоны контакта между живой и неживой материей. По словам ученых, простое смешение компонентов не приводит к нужной реакции — все решает тонкая настройка интерфейса. Гибридный композит показал более чем пятикратное увеличение выхода пероксида по сравнению с чистым полупроводником, работая при комнатной температуре и атмосферном давлении.

Дополнительные возможности наноархитектуры

Авторы не остановились на решении одной задачи. Параллельно с синтезом пероксида водорода, предложенная ими система превращает этиленгликоль (C₂H₆O₂) — дешевый промышленный реагент — в более дорогие и востребованные продукты: гликолевый альдегид, глиоксаль и муравьиную кислоту.

«Наноархитектура стоит в одном ряду с искусственным интеллектом и квантовой информатикой, — считает Джинхенг Джанг, ведущий автор работы. — Мы показали, что можем настраивать живые системы для решения практических задач».

Исследователи планируют адаптировать технологию для выпуска удобрений и компонентов топлива.