Аргоннская национальная лаборатория (США) при участии ученых из МФТИ разработали новый способ получения водорода из воды с помощью нанобиомембран.
Как рассказал профессор МФТИ Владимир Чупин, «Наши лаборатории, которые занимаются мембранными белками и, в частности, нанодисками, в основном ориентированы на биофизические, медицинские проблемы. Но вот недавняя работа с нашими американскими коллегами показывает, что если соединить биологические и технические материалы, нанодиски можно использовать и для выделения водородного топлива».
Водород – это экологически чистый вид топлива, при сгорании которого образуется водяной пар. При этом энергоэффективность его на 45% выше, чем у бензина, и на 35% лучше, чем у дизельного топлива. Кроме того, водород используется в топливных элементах, где энергия химической реакции преобразуется в электрическую. Производство водорода требует много электроэнергии, поэтому ученые ищут альтернативные способы его производства.
Для получения водорода из воды с помощью солнечной энергии требуется специальное вещество – фотокатализатор, например, диоксид титана (TiO2). Однако в одиночку он недостаточно эффективен, поэтому ученые Аргоннской лаборатории объединили TiO2 и светочувствительный белок бактериородопсина и получили синергетический эффект (когда совместный результат намного больше, чем сумма слагаемых).
Бактериородопсин – это белок, находящийся в поверхностном слое (мембране) отдельных бактерий, который под действием солнечного света питает бактерию энергией.
Лаборатория химии и физики липидов Центра исследований молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний МФТИ, которую возглавляет Владимир Чупин, помогла американским коллегам синтезировать нанодиски – кусочки «живой кожи» – мембранного слоя бактерии со встроенным бактериородопсином.
Объединив нанодиски с водным раствором диоксида титана и платиновых частиц, ученые получил биохимический генератор водорода. Белок собирал энергию света, передавал ее TiO2, усиливая его действие. Одновременно бактериородопсин переносил протоны, которые посредством платинового катализатора восстанавливались до водорода. Выделение водорода наблюдалось в течение 2-3 часов.
Пока использование натурального бактериородопсина в натуральной мембране дешевле искусственного. Но ученые надеются, что развитие технологии вскоре сделает применение нанодисков более выгодным.
Источники: МФТИ, ACS Nano, Минобрнауки
