Молекула меньше пылинки хранит больше энергии, чем кажется возможным

Учёные из Базельского университета (Швейцария) сделали важный шаг к созданию искусственного фотосинтеза — технологии, которая способна преобразовывать солнечный свет в углеродно-нейтральное топливо. В статье, опубликованной в Nature Chemistry, команда профессора Оливера Венгера представила молекулу, которая под воздействием света способна накапливать четыре электрических заряда одновременно — два положительных и два отрицательных.

Имитация природы

В естественном фотосинтезе растения используют солнечный свет для преобразования CO₂ в углеводы, которые служат источником энергии для всей биосферы. Подобный процесс учёные хотят воспроизвести искусственно, чтобы производить экологически чистое топливо: водород, метанол или синтетический бензин. При сжигании такие виды топлива выделяют ровно столько углекислого газа, сколько было затрачено на их производство, что делает их углеродно-нейтральными.

Уникальная молекула

Новая молекула состоит из пяти функциональных частей, каждая из которых выполняет определённую задачу.

• Две части отдают электроны, превращаясь в положительно заряженные.

• Две другие принимают электроны и становятся отрицательно заряженными.

• Центральный компонент улавливает фотоны солнечного света и запускает процесс переноса электронов.

Таким образом, молекула работает как миниатюрный аккумулятор, способный аккумулировать сразу несколько зарядов.

Два световых импульса

Процесс идёт поэтапно. Первая вспышка света создаёт пару положительного и отрицательного зарядов. При повторном освещении возникает ещё одна пара, и молекула достигает состояния с четырьмя зарядами. Важное преимущество — система способна работать при низкой интенсивности света, близкой к естественному солнечному освещению, что делает её практичной для будущего применения.

Перспективы для устойчивой энергетики

Хотя молекула пока не является полноценной системой искусственного фотосинтеза, исследователи называют её «ключевой частью головоломки». Стабильность накопленных зарядов и их способность запускать химические реакции открывают путь к разработке технологий, которые в будущем смогут напрямую преобразовывать солнечную энергию в химическое топливо.

«Мы приблизились к пониманию фундаментальных процессов переноса электронов. Это знание поможет нам строить более совершенные системы для устойчивого энергетического будущего», — подчёркивает профессор Венгер.