Китайские ученые разработали нанореактор, который имитирует ключевые функции живых клеток для более эффективного искусственного фотосинтеза. Новая структура позволяет производить пероксид водорода под действием видимого света; эффективность преобразования солнечной энергии в химическую достигла 1,2%. Результаты исследования опубликованы в Journal of the American Chemical Society.
Нанореактор, созданный группой под руководством профессора Ли Цаня из Даляньского института химической физики, – это полая наночастица с пористой оболочкой. Конструкция повторяет два фундаментальных принципа работы клеток. Во-первых, пространство внутри нанореактора замкнуто, что позволяет концентрировать реагенты и эффективнее улавливать фотоны света.
Во-вторых, в оболочку встроена химическая пара, которая работает как протонное реле: она поочередно захватывает и высвобождает протоны, ускоряя их транспорт. Этот механизм помогает сбалансировать скорости двух ключевых процессов – восстановления кислорода и окисления воды. Их согласованная работа необходима для синтеза пероксида водорода.
В лабораторных условиях система синтезировала H2O2 со скоростью 3,24 ммоль на грамм катализатора в час. Чтобы проверить разработку на практике, исследователи поместили нанореакторы в гидрогелевую матрицу из альгината натрия. Полученный твердый фотокатализатор стабильно работал под естественным солнечным светом и сохранял свои свойства после многократного использования.
По словам профессора Ли, исследование предлагает новую стратегию конструирования биомиметических нанореакторов, которые все точнее воспроизводят сложные клеточные функции. Это открывает перспективы в области искусственного фотосинтеза, энергетического катализа и синтетической химии.
