Электроды из водорослей расщепляют воду

Группа ученых из Швейцарии и США добилась успеха в разработке высокоэффективных электродов из белка водорослей. Это открывает возможность в недалеком будущем создать эффективную и похожую на фотосинтез технологию производства водорода.

Ученые давно задумываются над созданием искусственного фотосинтеза, преобразующего солнечную энергию в топливо, используя при этом лишь воду и углекислый газ. В связи с этим проводятся попытки скопировать основные природные процессы фотосинтеза и применить их в фотоэлектрохимических ячейках (PEC). Такие ячейки используют солнечный свет для электрохимического расщепления воды, вследствие чего напрямую генерируется водород. При этом укорачивается традиционная производственная цепочка электролиза воды с применением фотоэлектрических ячеек.

Обычно электроды PEC изготавливаются из полупроводниковых материалов, например оксидов металлов, некоторые из которых имеют фотокаталитические свойства.

На протяжении достаточно долгого времени международная группа ученых исследовала наночастицы диоксида титана (TiO2) с целью обнаружить эффективное средство очистки воды и воздуха от органических загрязнителей. В своей новой работе ученые создали нанобиоэлектрод, который состоит из оксида железа, покрытого особым белком, выделенным из сине-зеленых водорослей. «Гибридный» электрод расщепляет воду в два раза эффективнее, чем электрод, состоящий только из оксида железа.

Оксид железа, в частности alpha-Fe2O3, является перспективным материалом для электродов PEC. Оксид железа чувствителен к видимому диапазону световых волн, а значит использует солнечный свет более эффективно, чем фотокатализаторы на основе диоксида титана, которые более чувствительны к ультрафиолету. К тому же, оксид железа намного более распространен и дешев.

Вторым ключевым элементом электрода нового эффективного реактора для расщепления воды является белок фикоцианин. Это основной светособирающий компонент сине-зеленых водорослей. Совместив тонкую пленку наночастиц оксида железа с белком, ученым удалось в два раза повысить эффективность поглощения фотонов и увеличить выход полезного водорода в процессе расщепления воды.

(На фото: тонкая пленка из наночастиц оксида железа (красный) покрыта белком сине-зеленых водорослей (зеленый))