С помощью фотосинтеза растения получают энергоёмкие органические соединения из света, воды и CO2. Однако имитировать этот сложный процесс трудно и пока удается лишь частично.
Команда Цянь Вана (Qian Wang) из Кембриджского университета разработала систему преобразования солнечного света, CO2 и воды в муравьиную кислоту (HCOO), сырье для топлива и водорода. Как и растения, ученые использовали двухступенчатый процесс, для эффективности которого нужны катализаторы, вызывающие фотохимические реакции, но при этом сами не расходующиеся.
Новая система состоит из тонкой золотой фольги, в которую встроены два различных полупроводниковых комплекса - оксид висмута-ванадия, легированный молибденом, и оксид титана стронция, легированный лантаном и родием. При освещении первый молекулярный комплекс забирает электроны из воды и окисляет ее до кислорода и протонов.
Электроны проходят через золотую фольгу ко второму молекулярному комплексу. Там углекислый газ при участии электронов и дополнительных катализаторов на основе кобальта преобразуется в муравьиную кислоту. Источником энергии является свет, который редко применяется для преобразования диоксида углерода. Затем жидкую муравьиную кислоту можно легко транспортировать, хранить, а также перерабатывать в органическое топливо или водород.
Каталитическая фотопленка производит очень мало нежелательных отходов, достигая 97-процентной селективности (разделяемости) при образовании муравьиной кислоты. Ван и его команда признают, что для использования в коммерческих целях эффективность этой системы, которая составляет всего 0,08 %, необходимо значительно повысить, в том числе с помощью более совершенных катализаторов.
Исследователи уже работают над вариантами, где вместо катализатора на основе кобальта используются другие вещества. Если это удастся, каталитическая фотопленка будет иметь большое преимущество: ее можно будет довольно легко увеличить до нескольких квадратных метров. Ученые надеются, что эта технология проложит путь к устойчивому и практичному производству солнечного топлива.
