Исследователи из Кембриджского университета представили революционный полуискусственный лист, который использует солнечный свет для преобразования углекислого газа в ценные химические вещества, применяемые в повседневных продуктах, что знаменует собой значительный шаг к снижению зависимости химической промышленности от ископаемого топлива.Биогибридное устройство сочетает светособирающие органические полимеры с бактериальными ферментами для преобразования солнечного света, воды и углекислого газа в формиат — соединение, которое служит основой для производства фармацевтических препаратов, пластмасс, косметики и других потребительских товаров. Опубликованное в журнале Joule исследование представляет собой первую успешную интеграцию органических полупроводников в качестве основного светособирающего компонента в биогибридной системе такого типа.
Революционный дизайн преодолевает прежние ограничения
В отличие от более ранних прототипов искусственных листьев, которые полагались на токсичные или нестабильные светопоглотители, новая конструкция избегает вредных полупроводников, таких как свинец, при этом демонстрируя превосходную долговечность. Устройство работало непрерывно более 24 часов во время тестирования, что более чем вдвое превышает срок службы предыдущих версий.
«Если мы сможем удалить токсичные компоненты и начать использовать органические элементы, мы получим чистую химическую реакцию и единственный конечный продукт без каких-либо нежелательных побочных реакций», — сказала соавтор-первый автор доктор Селин Йенг, которая завершила исследование в рамках своей докторской работы в лаборатории профессора Эрвина Райснера.
Система интегрирует ферменты из сульфатредуцирующих бактерий с органическими полупроводниками, которые являются как нетоксичными, так и легко настраиваемыми. Эта комбинация позволяет устройству работать в простых растворах бикарбоната — похожих на газированную воду — без необходимости использования нестабильных химических добавок, которые ограничивали предыдущие конструкции.
Таргетирование промышленной декарбонизации
Инновация направлена на решение насущной экологической проблемы: значительного углеродного следа химической промышленности. Производя сотни тысяч химических продуктов из сырья на основе ископаемого топлива, этот сектор составляет приблизительно 6% глобальных выбросов углерода.
«Если мы собираемся построить циркулярную, устойчивую экономику, химическая промышленность — это большая, сложная проблема, которую мы должны решить», — сказал профессор Эрвин Райснер, возглавивший исследование на кафедре химии имени Юсуфа Хамида Кембриджского университета. «Мы должны найти способы дефоссилизации этого важного сектора, который производит так много важных продуктов, необходимых всем нам».
В демонстрационных экспериментах исследователи успешно использовали искусственный лист для преобразования углекислого газа в формиат, а затем применили его непосредственно в последующих химических реакциях для производства фармацевтических соединений с высоким выходом и чистотой. Этот подход открывает возможности для децентрализованного химического производства, полностью работающего на возобновляемой солнечной энергии.
«Мы показали, что возможно создавать устройства на солнечной энергии, которые не только эффективны и долговечны, но и не содержат токсичных или неустойчивых компонентов», — отметил Райснер. Исследовательская группа продолжает разработку технологии для увеличения срока службы устройства и адаптации его для производства различных типов химических продуктов.
Комментариев нет:
Отправить комментарий