Создана система для искусственного фотосинтеза, использование которой одновременно решает две задачи: уменьшает выбросы углекислого газа и производит важные соединения в соответствии с концепцией “зеленой химии”. Об этом сообщает журнал Nano Letters.
Гибридная система искусственного фотосинтеза, которую разработали ученые из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (Lawrence Berkeley National Laboratory) и Калифорнийского университета в Беркли (University of California, Berkeley) под эгидой Министерства энергетики США (U.S. Department of Energy), объединяет химию полупроводников с биотехнологией. Состоя из полупроводниковых нанопроволок и бактерий, она, подобно растениям, в которых проходит природный процесс фотосинтеза, обеспечивает производство углеводородов за счет солнечной энергии. Статья об этом опубликована в Nano Letters группой авторов под руководством известного химика-нанотехнолога Пэйдуна Яна (Peidong Yang) из отдела материаловедения при Лаборатории Беркли и Института Кавли по наноисследованиям в энергетике (Kavli Energy NanoSciences Institute). Сочетание набора биосовместимых светопоглощающих нанопроволок с определенной популяцией бактерий позволит извлечь двойную выгоду для окружающей среды, поскольку предполагает химическое производство различных соединений без использования токсичных веществ, но с солнечным светом в качестве источника энергии, наряду с сокращением выбросов углекислого газа в атмосферу.
В основе системы — так называемый “искусственный лес” из нанопроволочных гетероструктур, которые состоят из кремния и оксида титана. Как поясняет Ян в пресс-релизе, распространенном Лабораторией Беркли, этот “искусственный лес подобен хлоропластам зеленых растений. Под воздействием солнечного света в кремнии и оксиде титана возникают пары электрон — дырка, поглощающие в разных участках светового спектра. Образующиеся в кремнии под воздействием фотонов света свободные электроны переходят к бактериям, где восстанавливают углекислый газ, тогда как дырки (так называются носители положительного заряда в полупроводниках), образовавшиеся в оксиде титана, расщепляют молекулы воды с образованием свободного кислорода. Лес нанопроволок засевается бактериями, которые производят ферменты — катализаторы восстановления углекислого газа. Авторы работали с анаэробной бактерией Sporomusa ovata, которая легко акцептирует электроны из окружающей среды и использует их в реакциях восстановления углекислого газа до эфира уксусной кислоты, который является промежуточным соединением в производстве разнообразных полезных химических соединений. После того как S. ovata произвела ацетат, в системе начинает работать генно-инженерная бактерия E. coli, синтезирующая из него тот или иной целевой продукт, например бутанол, который может служить заменителем бензина.
Нет комментариев