Солнечная энергия – это неиссякаемый ресурс, но поглотить и сохранить её для использования тогда, когда солнце не светит, – задача, над которой бьются химики и физики. Международная группа учёных представила молекулу, способную «запаковать» четыре заряда света и хранить их как аккумулированную энергию. Эта разработка вдохновлена природным фотосинтезом растений, но создана человеком для промышленного применения.
Суть открытия
Традиционные системы солнечного водородного топлива требуют больших массивов панелей и катализаторов. В новом подходе используется органическая молекула с пятью блоками: доноры и акцепторы электронов, соединённые мостами из ароматических колец. Под действием света молекула одновременно отрывает два электрона и две «дырки» (положительных заряда), запирая их внутри своего каркаса. Особенность – она способна делать это даже при слабом освещении, а значит, пригодна для работы в условиях реального климата и даже в пасмурные дни.
Учёные сравнивают молекулу с батарейкой, где два отсека – положительный и отрицательный. Только вместо металлов здесь используются лёгкие органические компоненты, и «зарядка» происходит от света. Благодаря двум разным точкам поглощения спектра можно использовать и видимый, и ближний инфракрасный свет, что повышает КПД. В лабораторных испытаниях молекула выдержала сотни циклов заряд-разряд без разрушения.
Почему это важно
Фотосинтез растений крайне эффективен: около 30% солнечной энергии преобразуется в химические связи. Искусственные системы до сих пор уступали живой природе. Синтез новой молекулы приближает нас к устройствам, которые смогут напрямую производить топливо, например метанол или водород, из воды и углекислого газа, используя солнечный свет. В перспективе такие технологии позволят накопить излишки энергии в солнечный день и использовать их ночью или зимой. Это снижает потребность в ископаемом топливе и уменьшает выбросы парниковых газов.
Что дальше
Сейчас учёные работают над масштабированием. Молекулы нужно закрепить на поверхности нанопористых материалов, чтобы создать готовые фотоэлектрохимические элементы. Кроме того, исследователи ищут способы интегрировать их с катализаторами, которые будут превращать накопленную энергию в конкретные химические продукты. Но уже сегодня ясно: искусственный фотосинтез перестал быть лабораторной экзотикой и может стать фундаментом будущей энергетики.