Специалисты Иллинойского университета в Урбана-Шампейн на шаг приблизились к созданию системы утилизации углерода, способной собирать солнечную энергию для эффективного преобразования углекислого газа и воды в жидкое топливо.
Оптимизировав множество элементов системы, исследователи заявили, что могут теперь запускать более эффективные двухэлектронные химические реакции, сообщает sciencedaily.com.
Проект представлен в Nature Chemistry. Он поможет специалистам, надеющимся найти способ преобразования излишков атмосферного диоксида углерода в полезные источники энергии.
«Ученые часто обращаются к растениям в поисках метода превращения солнечного света, углекислого газа и воды в горючее», — сказал профессор Прашант Дайн, лидер проекта.
Попадая на листья, лучи возбуждают электроны в хлорофилле. Эти частицы запускают химический процесс, превращающий двуокись углерода и воду в глюкозу. Исследователи решили воссоздать процесс. Но, вместо биоразлагаемых растительных пигментов, они использовали богатые электронами металлические катализаторы, вроде золота. При определенных параметрах света они могут передавать фотовозбужденные электроны и протоны в реактант не распадаясь.
«Здесь мы использовали сферические золотые частицы, размером 13-14 нм, — сказал Джаин. – Они имеют уникальные оптические свойства, зависящие от размера и формы».
Покрытые полимером и распыленные в воде, структуры, например, могут поглощать зеленый и отражать темно-красный свет. Фотовозбужденные наночастицы переносят электроны в тест-молекулы, которые при этом меняют цвет. Процесс позволяет ученым измерить эффективность реакции.
«В прошлом ученые использовали такие методы для передачи одного электрона за раз, — сказал Джаин. – Мы определили принципы, правила и условия, при которых наночастицы могут транспортировать 2 частицы».
Меняя мощность лазера, используемого в опытах, авторы установили, что при усилении солнечного излучения в 4-5 раз, золотые частицы могут передавать по 2 электрона за раз из электрона в тест-молекулу.
«Вам нужна эта пара, — сказал Джаин. – При отсутствии двух электронов и двух протонов для компенсации потери первых, вы получаете свободные радикалы, которые могут расходовать выработанную энергию и разрушить катализатор».