Шту́чний фотоси́нтез — хімічний процес, який відтворює природний процес фотосинтезу; процес, який перетворює сонячне світло, воду і вуглекислий газ у вуглеводи і кисень.
Штучний фотосинтез, в ході якого сонячна енергія перетворюється безпосередньо в хімічне паливо, вважається однією з найперспективніших технологій. Одним із головних завдань для вчених, що розробляють систему штучного фотосинтезу для отримання водню, є необхідність зробити цю систему досить дешевою, щоб вона змогла конкурувати з викопним паливом. Вирішення цього завдання вимагає розробки комплексної системи, яка буде здатна ефективно поглинати сонячне світло і в той же час виробляти носії заряду для контролю скорочення витрати води і напівреакцій окиснення.
Інтегрована наносистема
Учені з Національної лабораторії Лоуренса в Берклі (Berkeley Lab) у співпраці з Міністерством енергетики США представили першу в світі розробку повністю інтегрованої наносистеми для штучного фотосинтезу. Таку систему прийнято називати «штучний лист», однак ключем до успіху вчених став «штучний ліс».
Штучний листок — це сонячна батарея на основі кремнію з різними каталітичними матеріалами, які кріплять до обох сторін. Під час занурення у воду пристрій використовує енергію сонячного світла для розщеплення води на кисень та водень.
Коли сонячне світло поглинається пігментними молекулами хлоропласту, виробляється заряджений електрон, що переміщається від однієї молекули до іншої через транспортний ланцюжок, поки в результаті не відбувається перетворення двоокису вуглецю в вуглеводи цукру. Цей транспортний ланцюжок електрона називається «Z — схема», тому що шлях руху нагадує букву Z.
Учені використовували Z-схему, для якої взяли два наявних в достатку на Землі стабільних напівпровідника — кремній і оксид титану. Кремній був використаний для утворення фотокатода, який виділяє водень, а оксид титану — для утворення фотоанода, який виділяє кисень. Для досягнення максимальної продуктивності системи було використано деревоподібна структура. Як дерева в справжньому лісі, щільні масиви нанодротів — штучні дерева — придушують відбиття сонячного світла, звільняючи велику площу поверхні для утворення речовини, необхідної для проходження реакцій.
Під штучним сонячним випромінюванням ця інтегрована система штучного фотосинтезу, в основі якої лежить ідея використання нанодротів, досягла 0,12% ефективності перетворення сонячної енергії в паливо. Хоча даний рівень ефективності можна спостерігати і в природному середовищі, при штучному фотосинтезі в комерційних цілях його можна значно підвищити.
Примітки
- Паливо з фотосинтезу: вчені створили штучний та біонічний листки
- Исследователи создали первую в мире наносистему искусственного фотосинтеза(рос.)
Інтернет-ресурси
- at Australia National University
- at Massachusetts Institute of Technology.
- Paul Alivisatos on Artificial Photosynthesis at Lawrence Berkeley National Laboratory
- Nanocapsules for artificial photosynthesis a Nanowerk News article
- MIT Solar Revolution Project [ 28 March 2014 у Wayback Machine.]
Література
- Nicola Armaroli, Vincenzo Balzani: Solar Electricity and Solar Fuels: Status and Perspectives in the Context of the Energy Transition. In: Chemistry – A European Journal 22, Issue 1, (2016), 32–57, doi:10.1002/chem.201503580.
- Nicola Armaroli, Vincenzo Balzani, The Future of Energy Supply: Challenges and Opportunities. In: Angewandte Chemie International Edition 46, (2007), 52–66, doi:10.1002/anie.200602373.
- Vincenzo Balzani et al., Photochemical Conversion of Solar Energy. In: ChemSusChem 1, (2008), 26–58, doi:10.1002/cssc.200700087.
- Jessica Marshall, Solar energy: Springtime for the artificial leaf. In: Nature 510, Issue 7503, S. 22–24, doi:10.1038/510022a.
- Bugra Turan et al.: Upscaling of integrated photoelectrochemical water-splitting devices to large areas. In: Nature Communications. Band 7, 2016, S. 1–9, doi:10.1038/ncomms12681.
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Shtu chnij fotosi ntez himichnij proces yakij vidtvoryuye prirodnij proces fotosintezu proces yakij peretvoryuye sonyachne svitlo vodu i vuglekislij gaz u vuglevodi i kisen Shtuchnij fotosintez v hodi yakogo sonyachna energiya peretvoryuyetsya bezposeredno v himichne palivo vvazhayetsya odniyeyu z najperspektivnishih tehnologij Odnim iz golovnih zavdan dlya vchenih sho rozroblyayut sistemu shtuchnogo fotosintezu dlya otrimannya vodnyu ye neobhidnist zrobiti cyu sistemu dosit deshevoyu shob vona zmogla konkuruvati z vikopnim palivom Virishennya cogo zavdannya vimagaye rozrobki kompleksnoyi sistemi yaka bude zdatna efektivno poglinati sonyachne svitlo i v toj zhe chas viroblyati nosiyi zaryadu dlya kontrolyu skorochennya vitrati vodi i napivreakcij okisnennya Integrovana nanosistemaUcheni z Nacionalnoyi laboratoriyi Lourensa v Berkli Berkeley Lab u spivpraci z Ministerstvom energetiki SShA predstavili pershu v sviti rozrobku povnistyu integrovanoyi nanosistemi dlya shtuchnogo fotosintezu Taku sistemu prijnyato nazivati shtuchnij list odnak klyuchem do uspihu vchenih stav shtuchnij lis Shtuchnij listok ce sonyachna batareya na osnovi kremniyu z riznimi katalitichnimi materialami yaki kriplyat do oboh storin Pid chas zanurennya u vodu pristrij vikoristovuye energiyu sonyachnogo svitla dlya rozsheplennya vodi na kisen ta voden Koli sonyachne svitlo poglinayetsya pigmentnimi molekulami hloroplastu viroblyayetsya zaryadzhenij elektron sho peremishayetsya vid odniyeyi molekuli do inshoyi cherez transportnij lancyuzhok poki v rezultati ne vidbuvayetsya peretvorennya dvookisu vuglecyu v vuglevodi cukru Cej transportnij lancyuzhok elektrona nazivayetsya Z shema tomu sho shlyah ruhu nagaduye bukvu Z Ucheni vikoristovuvali Z shemu dlya yakoyi vzyali dva nayavnih v dostatku na Zemli stabilnih napivprovidnika kremnij i oksid titanu Kremnij buv vikoristanij dlya utvorennya fotokatoda yakij vidilyaye voden a oksid titanu dlya utvorennya fotoanoda yakij vidilyaye kisen Dlya dosyagnennya maksimalnoyi produktivnosti sistemi bulo vikoristano derevopodibna struktura Yak dereva v spravzhnomu lisi shilni masivi nanodrotiv shtuchni dereva pridushuyut vidbittya sonyachnogo svitla zvilnyayuchi veliku ploshu poverhni dlya utvorennya rechovini neobhidnoyi dlya prohodzhennya reakcij Pid shtuchnim sonyachnim viprominyuvannyam cya integrovana sistema shtuchnogo fotosintezu v osnovi yakoyi lezhit ideya vikoristannya nanodrotiv dosyagla 0 12 efektivnosti peretvorennya sonyachnoyi energiyi v palivo Hocha danij riven efektivnosti mozhna sposterigati i v prirodnomu seredovishi pri shtuchnomu fotosintezi v komercijnih cilyah jogo mozhna znachno pidvishiti PrimitkiPalivo z fotosintezu vcheni stvorili shtuchnij ta bionichnij listki Issledovateli sozdali pervuyu v mire nanosistemu iskusstvennogo fotosinteza ros Internet resursiat Australia National University at Massachusetts Institute of Technology Paul Alivisatos on Artificial Photosynthesis at Lawrence Berkeley National Laboratory Nanocapsules for artificial photosynthesis a Nanowerk News article MIT Solar Revolution Project 28 March 2014 u Wayback Machine LiteraturaNicola Armaroli Vincenzo Balzani Solar Electricity and Solar Fuels Status and Perspectives in the Context of the Energy Transition In Chemistry A European Journal 22 Issue 1 2016 32 57 doi 10 1002 chem 201503580 Nicola Armaroli Vincenzo Balzani The Future of Energy Supply Challenges and Opportunities In Angewandte Chemie International Edition 46 2007 52 66 doi 10 1002 anie 200602373 Vincenzo Balzani et al Photochemical Conversion of Solar Energy In ChemSusChem 1 2008 26 58 doi 10 1002 cssc 200700087 Jessica Marshall Solar energy Springtime for the artificial leaf In Nature 510 Issue 7503 S 22 24 doi 10 1038 510022a Bugra Turan et al Upscaling of integrated photoelectrochemical water splitting devices to large areas In Nature Communications Band 7 2016 S 1 9 doi 10 1038 ncomms12681