Ученые из Базельского университета в Швейцарии совершили прорыв в создании искусственного фотосинтеза, разработав молекулу, способную накапливать солнечную энергию подобно растениям. Это открытие является важным шагом на пути к созданию устойчивых энергетических технологий будущего.
Как и в природе, где растения преобразуют углекислый газ в углеводы с помощью солнечного света, цель искусственного фотосинтеза — использовать солнечный свет для производства экологически чистого топлива, такого как водород, метанол или синтетический бензин. Такое топливо будет выделять ровно столько углерода, сколько потребовалось для его создания, что позволит добиться углеродной нейтральности.
Профессор Оливер Венгер и его аспирант Матис Брендлин сообщили об успехе на ранней стадии своих исследований. Им удалось создать молекулу, которая под воздействием света способна одновременно накапливать два положительных и два отрицательных заряда. Эта способность хранить несколько зарядов решает одну из ключевых проблем искусственного фотосинтеза.
Молекула состоит из пяти взаимосвязанных компонентов, каждый из которых выполняет строго определённую функцию. В её центре расположен элемент, ответственный за поглощение солнечного света и инициирование процесса переноса электронов. С одной стороны молекулы находятся два акцепторных модуля, которые захватывают электроны, приобретая отрицательный заряд. С противоположной стороны два донорных сегмента отдают электроны, в результате чего образуется положительный заряд.
Накопление энергии происходит в два этапа. Первая вспышка света запускает энергогенерирующие реакции, создавая по одному положительному и отрицательному заряду, которые перемещаются к противоположным концам молекулы. Вторая вспышка повторяет этот процесс, в результате чего молекула накапливает полный набор из четырех зарядов. Важно, что этот ступенчатый процесс позволяет использовать свет гораздо меньшей интенсивности, уже близкой к яркости солнечного света, что делает технологию практичной. Ранее подобные эксперименты требовали применения чрезвычайно мощного лазерного света.
Накопленные заряды остаются стабильными в течение достаточно длительного времени, что позволяет использовать их для последующих химических реакций, например, для расщепления воды на водород и кислород. Хотя до создания полностью функционирующей системы искусственного фотосинтеза еще далеко, данное исследование предоставляет важнейшие сведения о механизмах переноса электронов. Как отметил профессор Венгер, ученые определили и реализовали важнейший элемент головоломки, что, как они надеются, откроет новые перспективы для устойчивого энергетического будущего.
Результаты исследования были в научном журнале Nature Chemistry 25 августа 2025 года.