Ulepszono działanie sztucznego liścia

W amerykańskim centrum badawczym BISfuel utworzonym przez Departament Energii USA i Uniwersytet Stanowy w Arizonie dokonano ulepszenia działania „sztucznego liścia", czyli systemu służącego do konwersji wody do wodoru i tlenu przy udziale światła słonecznego.

W pierwszej wersji wydajność opracowanego układu nie była zadowalająca, ponieważ szwankowało zgranie szybkozachodzącej reakcji z drugą, działającą o wiele wolniej. Pierwszą z nich, jest konwersja energii słonecznej w chemiczną, a drugą, o wiele wolniejszą, reakcja konwersji wody do wodoru i tlenu.

Aby rozwiązać ten problem, naukowcy bliżej przyjrzeli się temu, w jaki sposób radzi sobie z nim natura. Odkryli oni, że pomiędzy tymi reakcjami jest etap pośredni w którym następuje przeniesienie elektronów najpierw do pierwszej reakcji a później do drugiej, dzięki czemu następuje wzajemne dostosowanie szybkości obu reakcji.

Zrozumienie tego procesu wymagało użycia krystalografii rentgenowskiej, spektroskopii optycznej i spektroskopii rezonansu magnetycznego. Techniki te pozwoliły na określenie lokalizacji elektronów i protonów biorących udział w reakcji (wg mechanizmu transferu elektronów sprzężonego z protonami). Okazało się, że w trakcie procesu wytwarzane są bardzo krótkie wiązanie pomiędzy atomami wodoru i azotu, które pozwalają na przekaz elektronów. Ponadto naukowcom udało się znaleźć delikatne zmiany magnetyczne struktur elektronowych, które były analogiczne do zmian zaobserwowanych w naturalnym systemie.

Badania nad ulepszeniem „sztucznego liścia" to nie tylko usprawnienie działania sztucznego systemu do fotosyntezy, ale również lepsze zrozumienie działania naturalnych systemów, co może być pomocne np. ulepszeniu roślin tak, aby mogły sprawniej przekształcać energię słoneczną.

(pj)