Фотосинтез — удивительный процесс: с его помощью растения производят молекулы сахара и кислорода из простых исходных веществ — углекислого газа и воды. Энергию, необходимую для этого сложного процесса, они получают из солнечного света. Если бы люди могли имитировать фотосинтез, это имело бы множество преимуществ. Свободную энергию солнца можно было бы использовать для удаления углекислого газа из атмосферы и получения из него углеводов и других полезных веществ. Также можно было бы производить водород, ведь фотосинтез расщепляет воду на составляющие ее кислород и водород.
Поэтому неудивительно, что многие исследователи работают над созданием искусственного фотосинтеза. Это непросто, ведь фотосинтез — чрезвычайно сложный процесс: он протекает в клетках растений в несколько этапов и включает в себя множество красителей, белков и других молекул. Однако наука постоянно добивается новых успехов.
Одним из ведущих исследователей в области искусственного фотосинтеза является профессор-химик Франк Вюртнер из Университета Юлиуса-Максимилиана (JMU) Вюрцбурга в Баварии, Германия. Его команде удалось имитировать один из первых этапов естественного фотосинтеза с помощью сложной схемы искусственных красителей и провести его более точный анализ. Результаты опубликованы в журнале Nature Chemistry.
Ученые смогли синтезировать набор красителей, который очень похож на фотосинтетический аппарат в клетках растений — он поглощает световую энергию на одном конце, использует ее для разделения носителей заряда и переносит их шаг за шагом на другой конец с помощью транспорта электронов. Структура состоит из четырёх сложенных друг на друга молекул красителей из класса перилен-бисимидов.
«Мы можем специально запускать перенос заряда в этой структуре с помощью света и детально анализировать его. Он эффективен и быстр. Это важный шаг на пути к созданию искусственного фотосинтеза», — говорит Леандер Эрнст, который синтезировал эту структуру.
Далее исследовательская группа хочет расширить наносистему из сложенных молекул красителя с четырех до большего количества компонентов, чтобы в конечном итоге создать своего рода супрамолекулярную нить, которая поглощает световую энергию и быстро и эффективно переносит ее на большие расстояния. Это станет еще одним шагом на пути к созданию фотофункциональных материалов, которые можно будет использовать для искусственного фотосинтеза.
