Полуискусственный лист преобразует загрязнения и солнечный свет в полезные химические вещества.

Среда

Редакция сайта «Технологические инновации» — 06.11.2025

Это не похоже на натуральный лист, но биогибридный искусственный лист оказался более долговечным, чем предыдущие. [Изображение: Кембриджский университет]

Биогибридный лист

Искусственный лист , своего рода биореактор, работающий на солнечной энергии, имитирует фотосинтез для устойчивого производства ценных химических веществ.

Главное преимущество этой ячейки заключается в том, что она представляет собой гибрид, сочетающий в себе органические полупроводники и ферменты для высокоэффективного преобразования _CO2 и солнечного света в формиат. Этот состав обеспечивает ей долговечность, но при этом она совершенно нетоксична и работает без использования ископаемого топлива, открывая путь к более экологичной химической промышленности.

Формиат (который может быть натриевым или кальциевым) — универсальное соединение, широко применяемое в различных отраслях промышленности: от усилителя адгезии цемента и отбеливателя тканей до пищевой добавки и промежуточного химического продукта для производства других продуктов.

Это первый случай использования органических полупроводников в качестве светособирающего компонента, что позволило создать биогибридную систему и проложить путь для нового поколения экологически чистых искусственных листьев.

«Если мы хотим построить циклическую и устойчивую экономику, химическая промышленность — это масштабная и сложная проблема, которую нам необходимо решить», — заявил профессор Эрвин Рейснер из Кембриджского университета в Великобритании. «Нам нужно найти способы декарбонизации этого важного сектора, производящего так много жизненно важных продуктов, которые нам всем нужны. Это отличная возможность, если мы сможем сделать всё правильно».

На химическую промышленность приходится около 6% общемировых выбросов углерода.

Исключение токсичных соединений позволило перевести искусственный лист в категорию полуискусственных. [Изображение: Селин Винг Си Йенг и др. - 10.1016/j.joule.2025.102165]

Полуискусственный лист

Инновация представляет собой гибридное устройство, которое объединяет поглощающие свет органические полимеры и бактериальные ферменты для преобразования солнечного света, воды и углекислого газа в формиат.

Использование органических компонентов на основе углерода и азота позволило команде вывести свою клетку на новый уровень, назвав её «полуискусственным листом». Цель, как всегда, — воспроизвести фотосинтез, естественный процесс, который растения используют для преобразования солнечного света в энергию, без какого-либо внешнего источника энергии. В отличие от предыдущих проектов, которые полагались на токсичные или нестабильные поглотители света, эта новая биогибридная модель использует нетоксичные материалы, работает более эффективно и сохраняет стабильность без дополнительных добавок.

Исследователи также преодолели давнюю проблему: для поддержания работы ферментов в большинстве искусственных листьев требуются химические добавки, известные как буферы, но они часто быстро разрушаются и снижают стабильность клеток. Внедрив вспомогательный фермент, карбоангидразу, в пористую структуру из диоксида титана (оксида титана), исследователи обеспечили своим полуискусственным листьям возможность функционировать в простом растворе бикарбоната, подобном газированной воде, без вредных добавок.

Архитектура полуискусственных биогибридных листьев. [Изображение: Селин Уинг, Си Йенг и др. - 10.1016/j.joule.2025.102165]

Тестирование и улучшения

В ходе демонстрационных испытаний группа использовала солнечный свет для преобразования углекислого газа в формиат, а затем применила его непосредственно в реакции домино для синтеза ценного соединения, используемого в фармацевтике, добившись высокого выхода и чистоты.

Теперь исследователи сосредоточатся на оптимизации конструкции, чтобы продлить срок службы устройства и адаптировать его для производства различных типов химикатов.

«Мы продемонстрировали возможность создания устройств на солнечной энергии, которые не только эффективны и долговечны, но и не содержат токсичных или неэкологичных компонентов», — сказал Рейснер. «Это может стать фундаментальной платформой для производства экологически чистых видов топлива и химикатов в будущем — это реальная возможность провести интересные и важные химические исследования».

Другие новости о:

Больше тем