graf_kahovsky (graf_kahovsky) wrote,
graf_kahovsky
graf_kahovsky

Открыты секреты искусственного листа, готового к практическому применению

Оригинал взят у vakomi в Открыты секреты искусственного листа, готового к практическому применению
http://science.compulenta.ru/678078/

Открыты секреты искусственного листа, готового к практическому применению

10 мая 2012 года, 16:51 | Текст: Роман Иванов

Свершилось! Детальное описание строения первого готового к практическому использованию «искусственного листа» наконец-то опубликовано. Статья появилась в журнале Американского химического общества Accounts of Chemical Research. В публикации в частности отмечается, что, в отличие от многих ранее предложенных вариантов, использовавших по-настоящему дорогие компоненты, новое устройство создано из дешёвых материалов, а потому себестоимость его изготовления не будет высокой.

Более или менее полная информация об изобретении профессора Массачусетского технологического института (США) Дэниэла Носеры, которое способно эффективно разлагать воду на кислород и водород, появилась год назад. И вот теперь публике явлены основные технические подробности устройства.

Итак, попробуем разобраться с самого начала, что же это такое — искусственный лист. Часто говорят, что это устройство призвано эффективно воспроизводить начальный этап фотосинтеза, а точнее — разложение воды на кислород и водород при помощи света. Надо сказать, что у тех, кто хотя бы посещал уроки биологии, должно было в голове щёлкнуть: чего-чего, но вот выделения водорода при природном процессе фотосинтеза точно нет. Да, действительно, начальный этап фотосинтеза заключается в адсорбции солнечного света и его конвертации в пару «электрон — дырка», что аналогично процессу, протекающему в кремниевых солнечных батареях. Затем дырки используются внутри фотосистемы II для окисления воды до кислорода, а вот электроны и протоны идут на восстановление кофермента никотинамиддинуклеотидфосфата (НАДФ) до НАДФН в фотосистеме I, и никакого выделения водорода не происходит. В составе искусственного листа, конечно же, никаких коферментов нет, а потому электроны и протоны вынужденно рекомбинируют с выделением газообразного водорода.

В простейшем виде искусственный лист представляет собой светособирающий слой, помещённый между двумя пленками, на которых и происходит генерация кислорода и водорода. При помещении такого листа в ёмкость с водой на солнечном свету немедленно начинают образовываться пузырьки газа (смотрим видео), и выделяющийся водород может быть собран и использован в топливных элементах для генерирования электричества.

Подобные устройства особенно пригодились бы в удалённых сельских поселках начинающих развиваться стран. Если бы не одно «но»: они требуют применения платинового катализатора и дорогого производственного процесса. Всё это делает такой «листик» непозволительной роскошью даже для граждан небедных государств. Так было до Дэниэла Носеры.

Для того чтобы сделать устройство доступным, г-н Носера заменил дорогую платину, катализирующую восстановление протонов, на гораздо более дешёвый сплав никеля-цинка и молибдена (NiMoZn). Плёнка, находящаяся с обратной стороны «листа» и содержащая кобальт-фосфатные кластеры, взяла на себя обязанности по окислению кислорода. Как видно, все эти металлы широко распространены и дёшевы (в сравнении с платиной, оксидами благородных металлов и полупроводящими материалами). Подобно фотосистеме II с её кислород-окисляющим комплексом, кластеры кобальт-фосфаты самоорганизуются при окислении иона кобальта с 2+ до 3+ (окисление происходит дырками, что аналогично потере ионом металла электрона в направлении другого окислителя — светособирающего слоя). Материал прекрасно функционирует в обычной воде при комнатной температуре и способен к самовосстановлению. Исследование, проведённое с помощью рентгеновской абсорбционной спектроскопии, показало, что кобальтовый комплекс существует в структурном типе марганцевого кубана Mn3CaO4, в котором кобальт замещает ионы марганца.

Дополнительные подробности строения светособирающего слоя и производительности устройства ищите в статье г-на Носеры.
Подготовлено по материалам Американского химического общества.
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 0 comments