Деревья из золота

Группа американских инженеров-химиков извлекли фотосинтетические молекулы из растений и нанесли их на тонкие листы золота, создав искусственное фотосинтезирующее устройство.

Хотя эти устройства пока слишком отстают от лучших кремниевых солнечных батарей, новой метод может оказаться конкурентоспособным в будущем. Конструкция довольно проста, а основе лежит доступное сырье.

Организмы используют процесс фотосинтеза на протяжении не менее 3,5 млрд лет, и за это время были разработаны остроумные комбинации белка и светопоглощающего красителя, которые помогают преобразовывать солнечный свет в энергию. Вместо того, чтобы заново изобретать колесо, Кейн Дженнингс и Питер Сишельски из Вандербильдского университета в Нэшвиле решили использовать эти белки для создания своего собственного фотосинтезирующего устройства.

К этой идее их подтолкнула работа Элиаса Гринбаума, который в конце 1990-х представил протеиновый комплекс, известный как PS1, извлеченный из листов шпината и сохраняющий свои свойства после переноса на поверхность золота.

Устройство Дженнингса и Сишельски использует выпускаемые в промышленных масштабах листы из сплава серебра и золота. При этом концентрированная азотная кислота используется для растворения серебра, а золото остается с наноскопическими порами. В результате появляется хорошо обработанная поверхность, что позволяет разместить на ней большое количество PS1.

Это делает лист достаточно тонким, чтобы пропускать свет. PS1 комплексы крепятся к верхнему слою пористого золота при помощи тиолов — химических молекул со свободным концом — для формирования устойчивых связей с белками.

Когда собранный искусственный лист подвергается воздействию света, PS1 генерируют поток электронов в металлическом золоте, что позволяет снимать с его поверхности электрический ток. В обычном растении эти электроны использовались бы для разделения сложных соединений на химические цепочки и создания новых энергетических запасов в форме углеводов.

Большинство испытанных листьев вырабатывают ток величиной 8 наноампер каждым квадратным миллиметром. Пока слишком далеко до необходимого уровня эффективности, но ученые уже работают над новой моделью. PS1-пленки толщиной до 1 мм смогут вырабатывать до 0,02 мкА/мм2, этого уже хватит, чтобы питать обычный калькулятор.

Однако система слишком чувствительна к воздействию прямых солнечных лучей, которые могут разрушить PS1-белки. Поиск защиты и создание листьев, вмещающих большее количество протеина — задача на будущее. Также возможно, что эти искусственные листья приобретут зеленый оттенок, пока они имеют ржаво-красный цвет из-за свойств пористого золота.