Исследователи из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли в сотрудничестве с несколькими академическими партнерами продемонстрировали значительные достижения в области искусственного фотосинтеза, продемонстрировав возможность преобразования CO₂ в ценные углеводороды, такие как этан и этилен.
В недавно опубликованном в журнале Nature Catalysis исследовании представлена новая система, использующая наноструктурированные материалы из меди и перовскита для имитации способности хлорофилла, зеленого пигмента, обеспечивающего фотосинтез у растений, улавливать свет. Этот инновационный подход не только представляет собой существенный шаг вперед в исследованиях в области энергетики, но и соответствует более широким целям устойчивого развития, используя только солнечный свет, CO₂ и воду.
Новая система объединяет перовскитные материалы, которые известны своей эффективностью в фотоэлектрических приложениях, с уникальными медными электрокатализаторами «nanoflower». Эта конструкция черпает вдохновение из природных ферментов, которые облегчают фотосинтез, тем самым повышая функциональность устройства. В отличие от традиционных металлических катализаторов, конструкция меди позволяет синтезировать более сложные углеводороды с двумя атомами углерода, необходимые для производства различных видов топлива и химикатов. Этот прорыв расширяет ландшафт производства чистой энергии, прокладывая путь к созданию экологически чистых материалов без дополнительных выбросов углерода.
Данное исследование является важнейшим компонентом Альянса жидкого солнечного света (LiSA) , совместной инициативы, основанной Министерством энергетики США. LiSA стремится содействовать развитию солнечного топлива посредством междисциплинарных исследований, объединяя более 100 ученых из различных учреждений, включая Калифорнийский технологический институт и Национальную лабораторию возобновляемой энергии. Сосредоточившись на интеграции теоретических моделей с экспериментальными данными в реальном времени, LiSA стремится ускорить прогресс в области технологий солнечного топлива. С момента своего создания в 2020 году LiSA позволил улучшить характеристики устройств и долговечность материалов, что имеет решающее значение для масштабируемости таких инновационных систем.
Пейдонг Ян (справа) и Цзя-Ань Линь, аспирант-исследователь, использовали фотопоглотители на основе галогенидных перовскитов свинца, имитирующие поглощающий свет хлорофилл листа, и электрокатализаторы из меди, напоминающие крошечные цветы. (Фото: Мэрилин Сарджент/Лаборатория Беркли)
Пейдонг Ян, старший научный сотрудник лаборатории Беркли и соавтор исследования, подчеркнул, что хотя предыдущие попытки искусственного фотосинтеза часто опирались на биологические материалы, включение меди повышает долговечность и стабильность системы. Команда Янга теперь сосредоточена на повышении эффективности этой технологии искусственных листьев и увеличении ее размера, что будет иметь решающее значение для масштабирования системы для практического применения.
Это исследование не только приближает ученых к воспроизведению естественной продуктивности листьев, но и открывает новые пути для разработки устойчивых методов химического производства. Результаты представляют собой не только шаг к эффективному использованию углерода, но и знаменуют потенциальное будущее, в котором производство энергии и экологическая ответственность идут рука об руку, удовлетворяя глобальные потребности в энергии и одновременно смягчая последствия изменения климата.
