Группа исследователей из университета Центральной Флориды (University of Central Florida, UCF), возглавляемая профессором химии Фернандо Урибе-Ромо (Fernando Uribe-Romo), изобрели новый способ удаления углекислого газа (CO2) из воздуха и последующего его преобразования в углеводородное топливо. Для реализации процесса искусственного фотосинтеза учеными был использован новый материал, представляющий собой метало-органический композит (metal-organic framework, MOF), при помощи которого реализованы процессы, подобные процессам в листьях деревьев, которые преобразовывают углекислый газ и солнечный свет в питательные вещества.
Ученые занимаются поисками эффективного процесса искусственного фотосинтеза уже достаточно давно. Их основной целью является решение задачи преобразования энергии света видимого диапазона в химическую энергию, заключенную в молекулах углеводородов. Достаточным для этого количеством энергии обладает высокоэнергетический ультрафиолетовый свет, но его доля в солнечном излучении составляет всего 4 процента. Менее энергетический свет видимого диапазона эффективно поглощается и преобразуется всего лишь несколькими материалами, такими, как платина, рений и иридий, которые весьма дороги в силу своей редкости.
Ученые их Флориды задались целью совмещения достаточно недорогого титана с чрезвычайно пористым MOF-материалом, который уже использовался ранее группой из Массачусетского технологического института и Калифорнийского университета в Беркли для реализации эффективной технологии извлечения воды из воздуха под воздействием солнечного света. Использованные учеными молекулы вещества N-alkyl-2-aminoterephthalates эффективно поглощают и используют энергию света синего цвета. В других областях видимого диапазона их эффективность значительно ниже.
Для проведения исследований ученые использовали так называемый фотореактор, цилиндр, на внутренней поверхности которого закреплены ленты из синих светодиодов, спектр которых почти повторяет синюю часть спектра солнечного излучения. Помещенный внутрь фотореактора активный компонент на базе MOF под воздействием света начал интенсивно поглощать углекислый газ, преобразовывая его в формиаты и формамиды, углеродосодержащие органические соединения.
В своих дальнейших исследованиях группа профессора Фернандо Урибе-Ромо будет заниматься поисками материалов, которые будут работать в более широком диапазоне видимого света. Параллельно с этим будут производиться исследования, направленные на повышение эффективности работы уже имеющихся технологий, а конечной целью ученых является создание бытовой солнечной установки, которую можно поместить на крышу дома. И кроме очистки воздуха от углекислого газа, эта установка сможет если не полностью, то частично, обеспечить энергетические потребности людей, живущих в этом доме.
