Энциклопедический словарь нанотехнологий
ИСКУССТВЕННЫЙ ФОТОСИНТЕЗ
- Термин
- искусственный фотосинтез
- Термин на английском
- artificial photosynthesis
- Синонимы
- Аббревиатуры
- Связанные термины
- биомиметика, биомиметические наноматериалы, наноэлектроника, супрамолекулярная фотохимия, супрамолекулярная химия, хлорофилл
- Определение
- Процесс конверсии световой энергии в химическую с использованием синтетических супрамолекулярных наноразмерных систем.
- Описание
Для устойчивого развития человечеству к 2050 году необходимо производить 10 ТВт «чистой» энергии, не связанной с выделением парниковых газов. Самый перспективный способ получения «чистой энергии» – использование солнечного излучения. Существует три основных способа применения наноструктур для конверсии солнечной энергии [1]: 1) искусственный фотосинтез с использованием донорно-акцепторных супрамолекулярных ансамблей и кластеров; 2) фотокаталитическое производство водорода; 3) солнечные батареи на основе наноструктурных полупроводников.
Искусственная фотосистема для превращения световой энергии в химическую должна, как и природная, содержать три основных компонента – фотоантенну, реакционный центр и систему хранения энергии [2]. В природных фотосистемах параметры этих компонентов – пространственные, электронные, кинетические и термодинамические – оптимизированы для достижения максимального квантового выхода.В искусственных фотосистемах, кроме высокого квантового выхода, надо достичь как можно большей доли конверсии световой энергии в химическую. При дизайне каждого из этих компонентов решают два главных вопроса: 1) из каких веществ – хромофоров, доноров, акцепторов – они должны состоять; 2) как собрать эти вещества в единую работающую систему? Фактически, необходимо выбрать «строительные блоки» и придумать способ их соединения между собой.
Проще всего эта задача решается для искусственных фотоантенн. В качестве хромофоров выбирают металлопорфирины – тетрапиррольные комплексы металлов, а также их производные.Наиболее популярны порфирины с ионами цинка, магния и платиновых металлов, а также свободные порфирины, в которых центральный атом металла отсутствует. Порфиринысоединяют в единую фотоантенну методами супрамолекулярной химии, то есть посредством нековалентных взаимодействий, либо с помощью ковалентных связей (рис. 1). Варьируя пространственную структуру антенны и состав боковых цепей порфиринов, можно управлять потоком энергии по антенне.
Современное состояние проблемы искусственного фотосинтеза таково, что принципиально решен вопрос синтеза отдельных узлов фотосистемы (фотоантенны, реакционного центра и системы хранения энергии) и их соединения друг с другом. Задача теперь состоит в том, чтобы улучшать характеристики этих систем, сохранив их основное преимущество перед природными – простоту организации.
Прогресс в области дизайна искусственных фотосистем оказывает взаимное влияние на работы в области молекулярной оптоэлектроники [3].
- Авторы
- Еремин Вадим Владимирович, д.ф.-м.н.
- Ссылки
- Kamat Prashant V. Meeting the Clean Energy Demand: Nanostructure Architectures for Solar Energy //J. Phys. Chem. C. - v. 111, 2007 - p. 2834-2860.
- Gust D., Moore T. A., Moore A. L. Mimicking Photosynthetic Solar Energy Transduction // Acc. Chem. Res. - 2001. v. 34 - p. 40–48.
- Martin N., Sanchez L., Herranz M.A. , Illescas B., Guldi D.M. Electronic Communication in Tetrathiafulvalene (TTF)/C60 Systems: Toward Molecular Solar Energy Conversion Materials?// Acc. Chem. Res. - 2007, v. 40 - P. 1015–1024.
- Иллюстрации
Супрамолекулярная гексада, моделирующая реакционный центр, соединенный с фотоантенной.
Источник: Gust D., Moore T. A., Moore A. L. Mimicking Photosynthetic Solar Energy Transduction // Acc. Chem. Res. - 2001. v. 34 - p. 40–48.- Теги
- Разделы
- Элементы солнечной энергетики