«Эффективный искусственный фотосинтез из Японии»
Группе учёных из Токийского технологического института (Tokyo Institute of Technology) под руководством профессора Осаму Ишитани (Osamu Ishitani) удалось найти практический способ применения эффекта искусственного фотосинтеза для преобразования двуокиси углерода (CO2) в окись углерода (CO). Для этого в качестве фотокатализатора учёные использовали сложное супермолекулярное комплексное рутений-рениевое (Ru-Re) соединение.
Рисунок 3. Модель преобразования.
Углекислый, или по-другому "парниковый газ" – побочный эффект нашей цивилизации, в последнее время присутствует в атмосфере планеты что называется в избытке, и с этими избытками уже не справляется ни Мировой океан, частично его поглощающий, ни земная флора, "питающаяся" углекислотой и взамен генерирующая кислород с помощью фотосинтеза.
Напомним, что двуокись углерода CO2 представляет собой достаточно стойкое соединение. Другое дело монооксид углерода (CO, окись углерода, или попросту "угарный газ"), который, будучи полученным в результате промышленных масштабов искусственного фотосинтеза, помог бы не только эффективно избавляться от избытков парникового газа в атмосфере, но также в перспективе позволил бы с минимальными затратами производить очень полезные углеводороды вроде крахмала или сахарозы фактически из воздуха.
Первоначальный объект исследований группы японских учёных – комплексное соединение на основе рения (Re), является замечательным фотокатализатором, используемым как для разложения воды на водород и кислород, так и для разложения углекислого газа до монооксида углерода с квантовой эффективностью 0.59. Проблема в том, что рениевое комплексное соединение достаточно неохотно поглощает энергию спектра солнечного света наиболее эффективного видимого диапазона 400-800 нм, "предпочитая" ультрафиолетовый участок с длиной волны менее 450 нм, к тому же это соединение достаточно нестабильно.
Учёные сконцентрировали внимание на изучении комплексного соединения на основе рутения (Ru), известного как превосходный сенсибилизатор и поглощающего видимый свет в спектре от 500 нм и выше с высокой квантовой эффективностью уровня 0.21. Полученное в результате Re-Ru супермолекулярное комплексное соединение в присутствии восстановителей класса аминов способно обеспечивать фотосинтез с очень высокой квантовой эффективностью.
Исследователи, в этой области, больше времени уделяют повышению стабильности полученной супермолекулы, а также оптимизации длины лигандов в структуре рениевого комплекса. Конечно, до фабрик искусственного фотосинтеза не скоро, но перспективы обнадёживают.
«Искусственный фотосинтез молекулы воды»
Израильские ученые из университета Вейзмана сделали первые успешные шаги в направлении искусственного фотосинтеза - им удалось разделить молекулу воды на составные части - кислород и водород, используя специально созданный катализатор для этой реакции.
Благодаря синтезированному химиками аналогу хлорофилла на основе комплексного
соединения рутения и органической молекулы, получилось реализовать три стадии реакции получения водорода и кислорода из воды при помощи света. На первой стадии молекула воды присоединяется к комплексному соединению, причем группа гидроксильная группа (OH-) присоединяется к комплексообразователю – атому рутения, а протон (Н+) переходит на органическую часть комплексного соединения. Для проведения второй стадии требуется нагреть раствор комплексного соединения, благодаря чему к протон получает электрон от молекулы и два восстановленных атома водорода соединяются в молекулу водорода - H2, который выделяется из раствора в виде газа.
Для третьей стадии нужен свет - благодаря воздействию фотонов две гидроксильные
группы (OH-) отдают свой электрон комплексному соединению (взамен утерянного в процессе выделения водорода) и окисляются до перекиси водорода H2O2. Перекись водорода достаточно нестабильна и легко разлагается на воду и кислород. Таким образом, получилось осуществить на практике идею прямого химического разложения воды на кислород и водород, что открывает новые горизонты в развитии водородной энергетики.