Ученые из Германии смогли найти способ достижения в реакции расщепления воды столь же высокой каталитической активности, как и в естественной модели фотосинтеза у растений, применив разработанный ими ранее «искусственный фермент». Об этом сообщает портал Nanowerk. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.

Водород считается многообещающей альтернативой ископаемому топливу. Его можно получить из воды с помощью электричества, но наиболее экологичным способом считается производить непосредственное расщепление воды с помощью лишь энергии солнечного света.

В природе подобные реакции расщепления воды происходит во время фотосинтеза в растениях, которые используют для этого сложные молекулярные механизмы. Имитация того же варианта искусственными структурами является многообещающей стратегией для реализации возобновляемого и экологичного производства водорода. В этом направлении уже долго работает исследовательская группа под руководством профессора Франка Вюртнера из Института органической химии и Центра химии наносистем в Университете Юлиуса-Максимилиана в Вюрцбурге (JMU).

Первый этап расщепления воды (на атом кислорода и два атома водорода) представляет собой на практике следующую задачу: для высвобождения водорода необходимо удалить по атому кислорода из двух молекул воды, чтобы образовать устойчивую естественную молекулу О2. Соответственно, этот процесс требует сперва удалить из двух молекул воды четыре электрона и четыре протона.

Растения в природе используют сложную структуру для катализа этого процесса, состоящую из кластера с четырьмя атомами марганца, по которому могут распространяться электроны.

Вюртнер и его коллеги разработали аналогичное решение в рамках своего первого открытия, обнародованного в 2016 и 2017 годах, – своего рода «искусственный фермент», который может управлять первым этапом расщепления воды. Этоткатализатор окисления воды, состоящий из трех центров рутения, взаимодействующих в макроциклической архитектуре, успешно осуществляет сложный процесс окисления воды.

Теперь химикам JMU удалось эффективно провести сложную реакцию в одном рутениевом центре. При этом они даже достигли такой же высокой каталитической активности, как и в естественной модели фотосинтетического аппарата растений.

«Этот успех стал возможен благодаря тому, что докторант Никлас Нолль создал искусственный «карман» вокруг рутениевого катализатора. В нем молекулы воды для желаемого протонно-связанного переноса электронов располагаются перед рутениевым центром в точно определенном порядке, подобно тому, как это происходит в природных ферментах», – отметил Франк Вюртнер.

Дальнейшая долгосрочная цель исследователей из JMU – интегрировать свой усовершенствованный катализатор окисления воды в искусственное устройство, расщепляющее воду на кислород и водород с помощью только лишь солнечного света. Это займет некоторое время, так как катализатор должен быть наиболее эффективно сочетаем с другими компонентами, чтобы сформировать функционирующую общую систему – со светособирающими красителями и с так называемыми восстановительными катализаторами.

Вам может понравиться

Поляки назвали «комедией» идею правительства о передаче Украине ЗРК Patriot

Польский министр обороны Мариуш Блащак заявил, что недавно предложенные Германией для Польши зенитно-ракетные комплексы Patriot следует передать Украине. Реакция в Польше на эту идею стала преимущественно критичной. Перевод основных положений

В Newsweek оценили утверждения о «заканчивающихся боеприпасах» российских войск

В минувшую среду министр обороны США Ллойд Остин заявил журналистам, что российские войска в спецоперации на Украине «с самого начала и до сих пор борются с логистикой», и теперь «испытывают

PNAS: одно из массовых вымираний на Земле произошло 300 млн лет назад

Американскими учеными было отмечено, что около 252 миллионов лет тому назад на Земле случилось массовое вымирание. Однако эксперты подчеркивают, что еще до этого было вымирание, которое ранее не упоминалось. Как