Листья — это одна из самых впечатляющих маленьких машин природы, способная преобразовывать солнечный свет, углекислый газ и воду в энергию. Ученые из Кембриджа создали искусственные листья, которые могут плавать по воде. Они используют солнечный свет над ним и воду, чтобы производить топливо так же эффективно, как и настоящий лист.
Новое исследование основано на предыдущем проекте команды по созданию искусственного листа, в котором использовались два перовскитных поглотителя света в паре с кобальтовым катализатором, который поглощал бы воду и углекислый газ для получения кислорода, водорода и монооксида углерода. Два последних продукта затем могут быть собраны и использованы для производства синтетического газа (синтез-газа), ключевого ингредиента в пластмассах, удобрениях и в топливе, таком как дизельное, что существенно помогает снизить выбросы CO2 при производстве и использовании этих продуктов.
Более ранний вариант был довольно громоздким. Вместе с толстым стеклом и другими материалами его вряд ли можно было назвать практичным. Для нового исследования учёные хотели уменьшить его до такой степени, чтобы он был достаточно легким, чтобы плавать по воде, не теряя своей эффективности.
Для этого команда нанесла светопоглощающие слои перовскита на тонкие гибкие слои полиэфира, покрытые оксидом индия-олова, и использовала платиновый катализатор. Затем они были покрыты ультратонкими материалами на основе углерода, которые отталкивают воду, чтобы защитить устройства от повреждения влагой
Конечным результатом стал искусственный лист, который мог плавать на поверхности воды, и либо расщепляя эту воду на водород и кислород, либо производил ингредиенты для синтез-газа (т.е. искусственные листья могут работать в двух режимах).
Протестировав устройства на близлежащих водоёмах, команда показала, что выход веществ сопоставим с натуральными листьями – 0,58% для водорода и 0,053% для монооксида углерода. Эти цифры могут показаться незначительными, но это огромные улучшения по сравнению с предыдущей версией изобретения.
Плавающие искусственные листья также масштабируются: испытания проводятся на версиях от 1,7 см2, до 100 см2, при этом характеристики также масштабируются (правда, исследователи не указывают в каких пропорциях).
Команда проекта заявляет, что устройства могут быть использованы для получения более чистого топлива практически в любом месте, где есть вода, включая даже загрязненные реки или в открытое море.
Источники:
https://warwick.ac.uk/newsandevents/pressreleases/making_oxygen_with
https://www.nature.com/articles/s41526-022-00212-9