Листья растений – потрясающие аппараты, способные конвертировать солнечный свет, углекислый газ и воду в энергию (глюкозу) и кислород. Простота и эффективность этих природных «машин» давно не даёт покоя учёным, потому химики, биологи и материаловеды уже не раз пытались воплотить хотя бы некоторые свойства листвы в искусственных объектах. Недавно команда исследователей из Кембриджского университета разработала новый тип искусственных листьев, способных плавать в воде, поглощая солнечный свет, углекислый газ и воду для образования энергии в виде топлива.
Новое исследование британских учёных базируется на первичном дизайне искусственных листьев, которые состояли из перовскитовых фотоэлементов и кобальтового катализатора, заключённых в толстом слое стекла. В таком виде «лист» превращал воду и углекислый газ в кислород, водород и угарный газ. Последние два вещества можно собирать и комбинировать для получения синтез-газа, используемого в производстве пластмасс, удобрений и дизельного топлива. Применение искусственной листвы для синтеза этого газа позволило бы значительно уменьшить углеродный след подобной продукции. Впрочем, ранний дизайн искусственных листьев был достаточно массивным. В рамках нового исследования учёные стремились не просто уменьшить габариты устройства, но также сделать возможным его размещение на воде без потери эффективности.
Чтобы реализовать свою задумку, исследователи разместили слой фотоэлементов из перовскита на тонкой и гибкой плёнке из полиэстера, покрытого слоем оксида индия-олова, а в качестве катализатора выбрали платину. Затем всю площадь обновлённого искусственного листа учёные покрыли сверхтонким водоотталкивающим материалом на основе углерода, чтобы защитить устройство от влаги. В итоге у них получился «лист», способный плавать на поверхности водоёма. Устройство может разделять воду на водород и кислород, а также производить угарный газ для изготовления синтез-газа. К слову, тестируя листья на реке Кам в кампусе Кембриджского университета учёные удостоверились, что уже на данном этапе развития эффективность искусственной листвы на грамм материала сравнима с эффективностью её природного аналога.
Исследователи также сообщают, что при необходимости технология хорошо поддаётся масштабированию. В частности, эксперименты на искусственных листьях площадью от 1,7 см2 до 100 см2 показали, что прирост производительности устройства идёт в ногу с увеличением его площади. Создатели технологии считают, что искусственные листья помогут снизить зависимость мировой транспортной индустрии от ископаемых видов топлива. Во избежание конкуренции на суше их можно размещать на воде в портах, в открытом море, в загрязнённых водоёмах, непригодных для других видов полезной деятельности. К примеру, искусственной листвой можно покрывать промышленные пруды-отстойники или ирригационные каналы, чтобы предупредить чрезмерное испарение воды.
Источник фото: Virgil Andrei