0
9847
Газета Наука Печатная версия

26.03.2024 17:55:00

Имитируя работу марганца

Модельное повторение процесса фотосинтеза в растениях пока остается недостижимым идеалом


Справа – фотоэлектрохимическая (РЕС) ячейка для получения водорода в результате фотолиза воды; слева показано соединение муравьиной кислоты (формиата FA) со свинцом (Pb) и йодом (I) в ячейке с электродами из никелевой (Ni) и платиновой фольги (Pt foil). Иллюстрация Physorg

Так исторически вышло, что в начале двух веков были сделаны важные открытия, плодами которых люди и ученые пользуются и поныне. В 1801 году Томас Юнг, глазной врач из Лондона, направил свет на дощечку с двумя узкими прорезями. К своему удивлению, он увидел на белой стене картину чередующихся светлых и темных полос. Это было похоже на «поведение» волн на поверхности воды, в которую одновременно бросили два камня; одни волны становятся выше, а другие вовсе пропадают.

Юнг понял, что темные полосы получаются в результате того, что волны «мешают» друг другу, и назвал наблюдаемое вмешательство латинским словом interferentia. Прошло чуть более века, и Альберт Эйнштейн предложил Общую теорию относительности (ОТО), согласно которой тяготение определяется не просто массами небесных тел, а испускаемым гравитационными волнами. Ровно через век их действительно зарегистрировали с помощью лазерного интерферометра, как бы объединив два достижения человеческой мысли.

Уже в 1921 году Эйнштейну присудили Нобелевскую премию – правда, за описание и объяснение светового эффекта, заключающегося в «выбивании» фотонами электронов металла. Это явление лежит в основе работы фотоэлементов. Через 35 лет свою первую Нобелевскую получит американский физик Джон Бардин, который изобрел в 1948 году первый полупроводниковый «переносчик с резистором» – транзистор. При подаче тока электрон возбуждается и «уходит» с орбиты, оставляя после себя «дырку» (hole). В результате на короткое время возникает виртуальная частица – экситон: электрон-дырочная пара, исследовать свойства которой до последнего времени не представлялось возможным.

Дело в том, что электрон после возбуждения пребывает на уровне с большей энергией чрезвычайно малое время, после чего возвращается на исходный уровень, испуская при этом фотон. Развитие технологий обогатило арсенал экспериментальный арсенал ученых источниками сверхкоротких фемтосекундных (10–15 с) импульсами света. В Университете Геттингена, используя такие источники, сумели «расколоть» экситонную пару. Авторы статьи в журнале Science Advances полагают, что их подход позволит глубже разобраться в механизме возникновения экситона и в будущем успешнее использовать «оптику» при исследованиях электронных состояний.

Ученые давно занимаются ими, пытаясь понять квантовую физику процесса фотосинтеза, которым живые клетки овладели 3 млрд лет назад. Нечто подобное ученые пытаются воспроизвести с помощью перовскита – светоулавливающего материала, используемого в солнечных панелях. Определенного успеха в этом направлении достигли в Институте науки и технологии г. Ульсан, что на юго-восточном побережье Южной Кореи.

Авторы синтезировали соединение муравьиной кислоты с трийодидом свинца (PbI3), получив с его помощью фотоанод на основе перовскита. Этот анод заключают в никелевую фольгу. В качестве стойкого электрохимического катализатора использовалось стойкое никель-железное основание (NiFeOOH). Это позволило генерировать ток с плотностью 22,8 мА/см2 и напряжением 1,23 В. Все это и решение других вопросов дало стабильное и эффективное производство водорода за счет фотолиза (разложения под действием света) воды...

Рано утром и ближе к вечеру солнце становится красным, что говорит о большой доле околоинфракрасного излучения (NIR). Эффективность солнечных батарей при этом падает. А вот в случае марганца, который используют растения в процессе фотосинтеза, этого не происходит.

В Университете Майнца получили комплекс металла с органическим лигандом ([Mn (dgpy) 2]), который эффективно улавливает NIR, образуя возбужденное состояние продолжительностью 1,6 наносекунды (1,6 х 10–9 с) после возбуждения. Использование комплекса, по мнению ученых, минимизирует потери свободной энергии. Это способствует более полному использованию потенциала процесса фотоокисления, что очень важно для проведения химических реакций при низкой освещенности. К тому же марганец чуть ли не второй по распространенности после кремния элемент земной коры.


Читайте также


Модернизация Боткинской больницы идет успешно

Модернизация Боткинской больницы идет успешно

Елена Крапчатова

Исторические корпуса клиники были капитально отремонтированы, она получила новое оборудование и новый статус

0
198
Ежегодный инвестиционный налоговый вычет установлен в 150 миллиардов рублей

Ежегодный инвестиционный налоговый вычет установлен в 150 миллиардов рублей

Ольга Соловьева

Промышленники просят расширить список поддерживаемых правительством отраслей

0
237
Путин или Мишустин повезут в Баку новую климатическую стратегию

Путин или Мишустин повезут в Баку новую климатическую стратегию

Михаил Сергеев

Россия расскажет на СОР29 о создании системы углеродного мониторинга

0
272
Квартира, дача и машина не помогают преодолевать финансовые шоки

Квартира, дача и машина не помогают преодолевать финансовые шоки

Анастасия Башкатова

0
336

Другие новости