Исследователи из Базельского университета в Швейцарии добились значительного прогресса в разработке искусственного фотосинтеза, создав молекулу, которая, как и растения, способна запасать солнечную энергию. Данное достижение представляет собой важный этап в разработке экологически безопасных энергетических систем будущего.
Подобно тому, как растения используют солнечный свет для преобразования углекислого газа в углеводы, искусственный фотосинтез нацелен на использование солнечной энергии для производства экологически безопасного топлива, например, водорода, метанола или синтетического бензина. Использование такого топлива подразумевает выброс углерода в объеме, равном количеству углерода, затраченного на его создание, что позволит достичь углеродной нейтральности.
Профессор Оливер Венгер и его аспирант Матис Брендлин поделились результатами своих первоначальных исследований. Они разработали молекулу, способную, под воздействием света, одновременно удерживать два положительных и два отрицательных заряда. Эта возможность хранения нескольких зарядов позволяет решить одну из важнейших задач, стоящих перед искусственным фотосинтезом.
Молекула формируется из пяти тесно связанных элементов, каждый из которых предназначен для выполнения конкретной задачи. В её сердцевина находится компонент, отвечающий за поглощение солнечной энергии и запуск процесса перемещения электронов. Два акцепторных модуля, расположенные с одной стороны молекулы, принимают электроны, приобретая отрицательный заряд. С противоположной стороны два донорных сегмента отдают электроны, что приводит к образованию положительного заряда.
Процесс накопления энергии состоит из двух последовательных этапов. Первый импульс света инициирует реакции, приводящие к образованию положительного и отрицательного зарядов, которые направляются к разным концам молекулы. Повторение этого процесса под воздействием второго импульса приводит к накоплению полного набора из четырех зарядов. Ключевым преимуществом данного метода является возможность использования света значительно меньшей интенсивности, сопоставимой с солнечным освещением, что обеспечивает практическую применимость технологии. Ранее для проведения аналогичных исследований требовалось использование лазерного излучения чрезвычайно высокой мощности.
Сохраненные заряды демонстрируют высокую стабильность на протяжении продолжительного периода, что позволяет применять их в последующих химических процессах, таких как разложение воды на водород и кислород. Несмотря на то, что создание полноценной системы искусственного фотосинтеза пока не реализовано, проведенное исследование предоставляет ключевые данные о механизмах перемещения электронов. По словам профессора Венгера, исследователи выявили и воспроизвели критически важный компонент, что, по их мнению, может привести к новым возможностям для создания устойчивой энергетической системы.
Результаты исследования были в научном журнале Nature Chemistry 25 августа 2025 года.