Исследования проводились в сотрудничестве с профессором Хёджун Ча из кафедры водорода и возобновляемой энергии Национального университета Кёнпук. Профессор Парк использовал адсорбционные свойства наноповерхностной дубильной кислоты на основе металлополимеров для контроля самосборки и оптических свойств флуоресцентных красителей, а также механизмов переноса электронов. Эти выводы позволили ему разработать солнечную систему производства биоводорода с участием бактерий, содержащих ферменты гидрогеназы.
Естественный фотосинтез, при котором хлорофилл поглощает световую энергию и преобразует её в химическую энергию, служит основой для разработки искусственного фотосинтеза. Этот процесс имитирует естественную фотосинтетическую активность, позволяя синтезировать ценные ресурсы, такие как водород, используя солнечную энергию.
Команда профессора Парка создала супрамолекулярный фотокатализатор, который имитирует природные механизмы передачи электронов, аналогичные хлорофиллу. Исследователи модифицировали флуоресцентный краситель родамин, придав ему амфифильные свойства, что улучшило его стабильность и долговечность. В результате, они достигли производительности производства водорода порядка 18,4 ммоль/ч на грамм катализатора в видимой части спектра, что превышает показатели предыдущих исследований с аналогичным люминофором в 5,6 раза.
В рамках дальнейших исследований команда объединяла разработанную супрамолекулярную краску с бактериями Shewanella oneidensis MR-1, которые способны переносить электроны, для создания биокомпозитной системы, производящей водород из аскорбиновой кислоты (витамина C) посредством солнечного света. Эта система демонстрировала стабильную работу в течение долгого времени, показав свою способность непрерывного производства водорода.
Профессор Парк отметил: «Это исследование представляет собой важный шаг вперёд в нашем понимании механизма работы органических красителей и искусственного фотосинтеза. В дальнейшем я планирую проводить дополнительные исследования новых систем на основе супрамолекулярной химии, интегрируя функциональные микроорганизмы и новые материалы».
Работа финансировалась грантом фундаментальных исследований и проектом поддержки исследователей в середине карьеры от Национального исследовательского фонда Южной Кореи, а также проектом «Алхимик» от Министерства торговли, промышленности и энергетики. Результаты исследования (главный автор: Сокхён Бу, аспирант) были опубликованы в престижном научном журнале Angewandte Chemie.
[1] Дубильная кислота: экологично чистый материал, который можно легко извлечь из отходов, таких как кофе и чай, и который находит широкое применение, включая фото-каталитические процессы и удаление загрязнений.
[2] Фотовозбуждение: процесс возбуждения электронов в веществе до более высокого энергетического состояния под воздействием световой энергии (фотонов).
[3] Shewanella oneidensis MR-1: Бактерия, известная своей способностью расщеплять металлы и минералы в природе, используется в исследованиях экологически чистых энергий, таких как производство водорода.Источник: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/12/241202124233.htm
