Oak Ridge National Laboratory (Feb. 3, 2011)
Исследователи из Национальной лаборатории в Оак-Ридж (ORNL) разработали био-гидридную систему фото преобразования, работающую на основе взаимодействия фотосинтетических растительных белков с синтетическими полимерами, которая позволяет запасать энергию видимого света в виде молекулярного водорода.
Фотосинтез является естественным природным процессом. Растения, водоросли, некоторые виды бактерий с помощью фотосинтеза преобразуют световую энергию солнца в энергию химических связей органических молекул, которая используется в процессах жизнедеятельности живых организмов. Ученые постоянно работают над созданием систем аккумуляции энергии солнечного света подобных природной фотосинтетической системе.
Схема работы белковой системы фото-преобразования
С помощью анализа методом малоуглового рассеяния нейтронов исследователи доказали, что природный белок хлорофилла (LHC-II) может взаимодействовать с синтетическими полимерами и собираться в мембранные структуры которые продуцируют молекулярный водород.
Хью О'Нил, сотрудник ORNL из отдела Молекулярной и Структурной биологии, комментирует: "Создание самоорганизующейся системы фото преобразования - это трудная задача. Поскольку в процессе работы система изменяется, под действием различных факторов, эффективность ее работы со временем, сильно снижается. Поэтому самоорганизация природного белка и синтетического полимера представляет особый интерес. Белок хлорофилла - это первый пример такой самоорганизующейся системы найденный в литературе. И именно его изучение поможет в будущем создать само восстанавливающиеся системы преобразования световой энергии."
Метод малоуглового рассеяния нейтронов в высоко-поточном изотопном реакторе (High Flux Isotope Reactor) показал, что белок LHC-II, при введении его в раствор содержащий синтетический полимер, взаимодействует с полимером, в результате чего, образуются пластинки аналогичные тем, которые встречаются в природных фотосинтетических мембранах. Пластинчатые образования образуют в растворе малоэффективную "кашу", однако в перспективе создание стеклянных конструкций, имеющих большую поверхностную площадь и использование искусственной фотосинтетической системы в сочетании с катализаторами (например Pt), которые позволят эффективно преобразовывать солнечный свет в молекулярный водород, и использовать его в виде топлива.
Для проведения экспериментальных работ, LHC-II белок был получен из обыкновенного шпината купленного на рынке, а также и из других хорошо доступных природных источников. В конце-концов, аналогичный белок может быть синтезирован в лабораторных условиях, а его структура оптимизирована для реакции на свет видимого спектра.
О'Нил отмечает первостепенную роль белка LHC-II как солнечного коллектора, поглощающего свет и передающего его энергию в фотосинтетические реакционные центры с высокой эффективностью. "Однако, исследование показывает, что LHC-II может выполнять роль переносчика электронов, что не наблюдается в природных условиях."