Цивилизация
Химики смогли приблизиться к пониманию того, как живые существа начали «производить» кислород из воды. Теперь ученые могут попытаться воспроизвести этот процесс сами.
Сотрудники Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли при министерстве энергетики США с участием ученых из Германии наконец-то смогли расшифровать структуру протеинового фотосинтезирующего комплекса, получившего название «фотосистема II». Он встречается у сине-зеленых водорослей и цианобактерий, которые и начали наполнять атмосферу Земли кислородом более трех миллиардов лет назад. Эта фотосистема катализирует фотоокисление воды с участием видимого света. В этом процессе происходит выделение молекулярного кислорода.
До сих пор установить его точную структуру не удавалось, несмотря на применение самых различных методов.
Даже дифракционная рентгеновская спектроскопия, дающая разрешение в 3 ангстрема, не позволила ученым понять, как расположены атомы металлов в комплексе. Отчасти это происходит из-за того, что комплекс, являющийся катализатором процесса фотосинтеза, очень чувствителен к излучению, так как именно энергия квантов света поддерживает реакцию расщепления воды с образованием кислорода.
Техника, примененная в нынешнем исследовании, использует намного меньшие энергии излучения. Международная группа ученых применила новые способы физического рентгеноструктурного анализа — комбинированную рентгеновскую абсорбционную спектроскопию и кристаллографию. И им впервые удалось установить структуру комплекса из четырех атомов марганца и одного атома кальция, входящих в основу «фотосистемы II».
Как полагают авторы работы, именно с такого простейшего фотосинтетического комплекса человечеству следует начинать свои попытки в лабораторном воссоздании этого процесса.
В итоге, как полагают ученые, создав аналогичный катализатор, можно решить и топливную проблему. Несмотря на то что в природе в результате фотосинтеза водород не образуется — атомы водорода участвуют в образовании органических молекул с участием углекислого газа, — в такой реакции возможно получить и водород. Авторы исследования уверены: при помощи катализаторов, подобных изученному, можно прийти к новому, гораздо более дешевому способу получения водорода из воды для новых топливных систем.
Приближающийся топливный кризис породил огромное количество исследований, которые очень издалека, но создают водородную энергетику будущего. Ещё одна работа в данной области показывает, как полученный с помощью фотокатализа водород можно хранить.
Группа химиков-теоретиков под руководством профессора Сеульского университета Чжисуна Има просчитала материал, который сможет накопить необходимое количество водорода при комнатной температуре. Дело в том, что одна из главных проблем водородного двигателя — это проблема транспортировки водорода. Баллонный газ взрывоопасен, а разработать удобный химический «транспортер» оказалось очень сложно.
В результате вычислений теоретики пришли к выводу, что полиацетилен, в котором часть атомов водорода замещена атомами титана, сможет при комнатной температуре сорбировать до 7,6% водорода по весу, что соответствует 63 килограммам на кубометр. Повышенная емкость обусловлена тем, что каждый атом титана способен «притянуть» к себе до 5 молекул водорода. Осталось только создать такой материал на практике.