Новости химической науки > Подключение к молекулярным проводам

Цветковые растения, водоросли и цианобактерии способны превращать световую энергию в химическую с очень высоким коэффициентом полезного действия. Отчасти это обуславливается тем, что для инициирования дальнейших химических реакции используются практически все электроны, высвобождаемые фотонами и переносящиеся на «рецептор света».

Рисунок из Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 1585

Исследователи из Японии разработали новый процесс для улавливания световой энергии, отличающийся эффективностью почти такой же, как и у процесса фотосинтеза. Они «подключили» молекулярный провод непосредственно к фотосинтетической системе, получив возможность переносить практически все электроны на золотой электрод.

Эффективность фотогальванического превращения энергии является ключевой для практического применения солнечных батарей. Теоретически поглощение каждого фотона должно приводить к высвобождению электрона. В то время как современные солнечные батареи еще обладают незначительной эффективностью, квантовый выход природного процесса фотосинтеза достигает почти 100 %. Для увеличения эффективности синтетических систем делались попытки осаждения биологических светопоглощающих групп на тонкопленочные электроды. Однако и при таком решении перенос электрода со светопоглощающего слоя на электрод и дальше в электрическую схему неэффективен (большая часть электронов просто не может достигнуть электрода).

Секрет эффективности природного фотосинтеза заключается в точной подгонке индивидуальных компонентов фотосинтетической системы, позволяющей переносить электроны без потерь. Новый подход, предложенный японскими учеными, заключается в непосредственном объединении фотосистемы I [photosystem I (PSI)] сине-зеленой водоросли Thermosynechococcus elongates с синтетической системой. Важным компонентом переноса электронов в PSI является витамин K1. Исследователи удалили из комплекса белков PSI связанный с ним витамин K1 и заменили его синтетическим аналогом.

Синтетический «заменитель витамина» состоит из трех частей: первая представляет собой нафтохиноновую группу – тот же самый «молекулярный контакт», с помощью которого витамин K1 связывается с белком; вторая – углеводородная цепочка - молекулярный провод той же длины, что и длина электропереносящего фрагмента витамина; третий фрагмент – дополнительный молекулярный «разъем», позволяющий связать систему с золотым электродом. Электроны, высвобождаемые в результате облучения PSI, эффективно передаются на золотой электрод. Новая стратегия позволяет продолжить работы в области интеграции биологических и синтетических систем.

Источник: Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 1585; doi: 10.1002/anie.200805748

метки статьи: #биохимия, #физическая химия, #химическая технология, #химия поверхности, #химия полимеров