Во всем мире ведутся интенсивные исследования, направленные на совершенствование природных фотосинтезирующих структур путем частичной или полной замены компонентов КВК намного более стабильными искусственными металлоорганическими комплексами, на разработку искусственных систем, а также на поиск возможностей повышение эффективности, безопасности и удешевления фотопреобразующих систем. Последнее возможно осуществить в том числе за счет расширения спектра фотосинтетически активной радиации путем использования модификаций хлорофилла (зеленых пигментов растений, участвующих в фотосинтезе), способных поглощать фотоны низкой энергии.
«Мы разработали, синтезировали, исследовали и экспериментально апробировали многочисленную группу катализаторов окисления воды на основе разных наноструктурированных металлоорганических композитов. Системы катализаторов, встроенные в искусственные полипептиды, функционируют в качестве структурных моделей биологического водоокисляющего комплекса растений, водорослей и цианобактерий. Все исследованные комплексы обладают способностью катализировать фотоокисление — окисление под действием света — воды и представляют собой прототип искусственного каталитического центра, который производит восстанавливающие эквиваленты и протоны из воды», — рассказал доктор биологических наук Сулейман Аллахвердиев, автор статьи, руководитель проекта РНФ.
Водород может быть получен из воды с помощью ряда процессов, большинство из которых потребляет обычные источники энергии, такие как уголь и электричество. Однако ученым удалось существенно улучшить возможности фотоэлектрохимической системы разложения воды с выходом молекулярного водорода. Так, ученые создали наноструктурированный комплекс на основе оксида титана, легированного азотом, который способен катализировать окисление воды с образованием молекулярного водорода за счет энергии солнечного излучения, который может рассматриваться как прототип искусственного каталитического центра, производящий молекулярный водород из воды за счет неиссякаемого источника энергии.
Также ученые разработали и исследовали искусственные преобразователи энергии солнечного излучения в электрическую энергию, в которых в качестве дешевых экологически безопасных фотосенсибилизаторов используются компоненты природного фотосинтетического аппарата. С помощью выявленных стабилизирующих соединений впервые в мире удалось повысить время активного стабильного функционирования данной системы до 15 суток. Показана возможность использования в таких системах модификаций хлорофилла, способных поглощать фотоны низкой энергии, которые не поглощаются молекулами обычного хлорофилла.
«В перспективе планируется исследовать возможности использования в фотокаталитических системах разложения воды с выходом молекулярного водорода на основе оксида титана в качестве сенсибилизатора молекулы хлорофилла, обладающие способностью поглощать свет в видимой, дальней красной и ближней инфракрасной областях спектра», — заключил ученый.
Работа проходила в сотрудничестве с учеными из Тебризского университета и Азербайджанского университета имени Шахид Мадани (Иран), Технологического университета Сиднея (Австралия) и Марбургского университета имени Филиппа (Германия).
