Аргоннский наноученый Елена Рожкова и ее коллеги объединили пигмент под названием бактериородопсин с полупроводниковыми наночастицами, чтобы создать систему, которая использует свет для запуска каталитического процесса, создающего водородное топливо.
Ученые знали о потенциале наночастиц диоксида титана для световых реакций с начала 1970-х годов, когда японские исследователи обнаружили, что электрод из диоксида титана, подвергающийся воздействию яркого ультрафиолетового света, может расщеплять молекулы воды в результате явления, которое стало известно как Хонда. -Фудзисима эффект. С тех пор ученые прилагают постоянные усилия, чтобы расширить световую реактивность фотокатализаторов на основе диоксида титана в видимую часть спектра.
По словам Рожковой, обещание этих фотокатализаторов побудило ученых экспериментировать с различными модификациями их основного химического состава в надежде сделать реакцию более эффективной.
«Сам по себе диоксид титана реагирует с ультрафиолетовым светом, но не с видимым светом, поэтому мы использовали биологические фотореактивные молекулы в качестве строительного блока для создания гибридной системы, которая могла бы эффективно использовать видимый свет», — сказала Рожкова.
Рожкова и ее коллеги обратились к бактериородопсину, который отвечает за необычный фиолетовый цвет ряда солончаков в Калифорнии и Неваде, поскольку он использует солнечный свет в качестве источника энергии, который позволяет ему действовать как «протонный насос»."Протонные насосы — это белки, которые обычно охватывают клеточную мембрану и переносят протоны изнутри клетки во внеклеточное пространство.
В аргонной системе протоны, обеспечиваемые бактериородопсином, объединяются со свободными электронами на небольших участках платины, вкрапленных в матрице диоксида титана. «Наночастицы платины необходимы для создания четкого пятна для производства молекулы водорода», — сказал Пэн Ван, научный сотрудник группы Рожковой в Аргоннском центре наноразмерных материалов.
«Интересно, что в биологии бактериородопсин естественным образом не участвует в подобных реакциях», — сказала Рожкова. "Его естественная функция не имеет ничего общего с созданием водорода.
Но как часть этого гибрида он помогает производить водород при белом свете и в экологически чистых условиях."
Этот гибридный фотокатализатор с биоуправлением превосходит многие другие аналогичные системы в производстве водорода и может быть хорошим кандидатом для изготовления устройств зеленой энергии, которые потребляют практически бесконечные источники — соленую воду и солнечный свет.