✖


Jump to content

Искусственный фотосинтез

Искусственный фотосинтез — это химический процесс , биоимитирующий естественный процесс фотосинтеза . Термин «искусственный фотосинтез» используется в широком смысле и относится к любой схеме улавливания и последующего хранения энергии солнечного света путем производства топлива, в частности солнечного топлива . [1] Преимущество искусственного фотосинтеза состоит в том, что солнечную энергию можно преобразовывать и хранить. Напротив, при использовании фотоэлектрических элементов солнечный свет преобразуется в электричество, а затем снова преобразуется в химическую энергию для хранения с некоторыми необходимыми потерями энергии, связанными со вторым преобразованием. Побочные продукты этих реакций экологически безопасны. Искусственно фотосинтезированное топливо могло бы стать углеродно-нейтральным источником энергии, но это никогда не было продемонстрировано в каком-либо практическом смысле. Экономика искусственного фотосинтеза неконкурентоспособна. [2]

Обзор

[ редактировать ]

Многочисленные схемы были описаны как искусственный фотосинтез.

2 Ч 2 О → 2 Ч 2 + О 2 Эта схема концептуально представляет собой простейшую форму искусственного фотосинтеза, но она не была продемонстрирована каким-либо практическим способом.

2 СО 2 → 2 СО + О 2 Сопутствующие процессы дают муравьиную кислоту (HCO2H): 2 H 2 O + 2 CO 2 → 2 HCO 2 H + O 2 Вариации могут производить формальдегид или, что то же самое, углеводы: 2 Н 2 О + СО 2 → Н 2 СО + О 2 Эти процессы повторяют естественную фиксацию углерода .

Естественный (слева) и искусственный фотосинтез (справа)

Из-за социально-экономических последствий искусственный фотосинтез очень актуален, несмотря на множество проблем. [4] [5] [2] [6] В идеале единственными ресурсами для производства такого солнечного топлива были бы вода, углекислый газ и солнечный свет. Единственным побочным продуктом будет кислород. [5] [2] [7] с помощью прямых процессов. [8] [9] [10]

История

[ редактировать ]

Искусственный фотосинтез был впервые предложен итальянским химиком Джакомо Чамицианом в 1912 году. [11] В лекции, которая позже была опубликована в журнале Science [12] он предложил перейти от использования ископаемого топлива к лучистой энергии, получаемой от Солнца и улавливаемой техническими фотохимическими устройствами. В этом переходе он увидел возможность уменьшить разницу между богатым севером Европы и бедным югом и предположил, что этот переход от угля к солнечной энергии «не нанесет вреда прогрессу и человеческому счастью». [13]

В конце 1960-х годов Акира Фудзисима обнаружил фотокаталитические свойства диоксида титана , так называемый эффект Хонды-Фудзисимы, который можно было использовать для гидролиза . [14]

Расщепление видимого света воды с помощью цельного многопереходного полупроводникового устройства (по сравнению с ультрафиолетовым светом с полупроводниками из диоксида титана) было впервые продемонстрировано и запатентовано Уильямом Айерсом из Energy Conversion Devices в 1983 году. [15] [16] воды Эта группа продемонстрировала фотолиз на водород и кислород, который теперь называют «искусственным листом» с дешевым тонкопленочным многопереходным листом аморфного кремния, погруженным непосредственно в воду. Водород выделялся на передней поверхности аморфного кремния, украшенной различными катализаторами, в то время как кислород выделялся на задней металлической подложке, что также устраняло опасность выделения смешанного газообразного водорода и кислорода. Полимерная мембрана над погруженным устройством обеспечивала путь для транспорта протонов. Более высокое фотонапряжение, доступное с помощью многопереходного тонкопленочного устройства с видимым светом, было большим достижением по сравнению с предыдущими попытками фотолиза с использованием УФ или других однопереходных полупроводниковых фотоэлектродов. В патенте группы также перечислено несколько других полупроводниковых многопереходных композиций, помимо аморфного кремния.

С 1990-х годов многое стало известно о катализаторах реакции выделения водорода. [17] и реакция выделения кислорода . К сожалению, несмотря на интенсивные усилия, ни одна практическая система не была продемонстрирована. [18] [19]

С 1990-х годов многое стало известно о катализаторах реакций выделения водорода и кислорода. [20] К сожалению, несмотря на интенсивные усилия, ни одна практическая система не была продемонстрирована. [21]

Катализ

[ редактировать ]

Каталитическая триада

[ редактировать ]
Триадная сборка, в которой фотосенсибилизатор (P) соединен в тандеме с катализатором окисления воды (D) и катализатором выделения водорода (A). Электроны перетекают от D к A, когда происходит катализ.

Некоторые концепции искусственного фотосинтеза состоят из отдельных компонентов. [22] которые вдохновлены естественным фотосинтезом: [23] [24]

Эти процессы могут быть воспроизведены с помощью тройной сборки, которая может окислять воду на одном катализаторе, восстанавливать протоны на другом и иметь молекулу фотосенсибилизатора для питания всей системы. [25]

Катализаторы

[ редактировать ]

Предполагается, что некоторые катализаторы для солнечных топливных элементов будут производить водород. [23]

1) Гомогенная система — это система, в которой катализаторы не разделены на отсеки , то есть компоненты присутствуют в одном отсеке. Это означает, что водород и кислород производятся в одном и том же месте. Это может быть недостатком, поскольку они образуют взрывоопасную смесь, требующую отделения газовых продуктов. Также все компоненты должны быть активны примерно в одинаковых условиях (например, при рН ).2) Гетерогенная система имеет два отдельных электрода : анод и катод, что позволяет разделить производство кислорода и водорода. Более того, разные компоненты не обязательно должны работать в одних и тех же условиях. Однако возросшая сложность этих систем усложняет их разработку и делает их более дорогими. [26]

Отобранные катализаторы

[ редактировать ]

Многие катализаторы были оценены как по выделению O 2 , так и по восстановительной стороне процесса. Перечисленные ниже, включающие как окислитель, так и восстановители, не являются практическими, а иллюстративными:

[36] Подобно естественному фотосинтезу, такие искусственные листья могут использовать тандем поглотителей света для общего расщепления воды или снижения выбросов CO2 . Эти интегрированные системы можно собирать на легких гибких подложках, в результате чего получаются плавающие устройства, напоминающие листья лотоса. [37]

Стабильность катализатора

[ редактировать ]

Ожидается, что катализаторы искусственного фотосинтеза приведут к оборотов миллионам . Катализаторы часто корродируют в воде, особенно при облучении. Таким образом, они могут быть менее стабильными, чем фотоэлектрические, в течение длительных периодов времени. Водородные катализаторы очень чувствительны к кислороду, инактивируются или разлагаются в его присутствии; Кроме того, со временем может возникнуть фотоповреждение. [23] [41]

Исследовательские центры

[ редактировать ]

Швеция

[ редактировать ]

Шведский консорциум по искусственному фотосинтезу, первый в своем роде, был основан в 1994 году в результате сотрудничества групп трех университетов: Лунда , Уппсалы и Стокгольма , которые в настоящее время действуют в Лунде и лабораториях Ангстрема в Уппсале. [42] Консорциум был создан с использованием междисциплинарного подхода, чтобы сосредоточиться на изучении естественного фотосинтеза и применении этих знаний в биомиметических системах. [24]

НАС

[ редактировать ]

В 2010 году Министерство энергетики США учредило Объединенный центр искусственного фотосинтеза . [43] с целью найти экономически эффективный метод производства топлива, используя в качестве исходных материалов только солнечный свет, воду и углекислый газ. [44]

Япония

[ редактировать ]

Сообщается, что компания Mitsubishi Chemical Holdings проводит собственные исследования в области искусственного фотосинтеза, используя солнечный свет, воду и углекислый газ для «создания углеродных строительных блоков, из которых можно синтезировать смолы, пластмассы и волокна». [45] Это было подтверждено созданием позже в том же году Института КАЙТЕКИ, одной из основных целей которого было сокращение выбросов углекислого газа посредством искусственного фотосинтеза. [46] [47]

Глобальный

[ редактировать ]

Ведущие эксперты в этой области поддержали предложение о Глобальном проекте по искусственному фотосинтезу в качестве комбинированного решения энергетической безопасности и изменения климата. [48] Конференции по этой теме проводились на острове Лорд-Хау в 2011 году. [49] в Чичели-холле в Великобритании в 2014 году. [50] а также в Канберре и на острове Лорд-Хау в 2016 году. [51]

Различные компоненты

[ редактировать ]

Водородные катализаторы

[ редактировать ]

Водород — самое простое солнечное топливо. Его образование предполагает лишь перенос двух электронов на два протона:

2 и − + 2 ч. + → Ч 2

гидрогеназы . Ферменты осуществляют это преобразование [23] [52] [53]

Фотокатализатор диродий [54] и кобальтовые катализаторы. [23] [55]

Водоокисляющие катализаторы

[ редактировать ]

Окисление воды — более сложная химическая реакция, чем восстановление протонов. В природе комплекс, выделяющий кислород, осуществляет эту реакцию, накапливая восстанавливающие эквиваленты (электроны) в марганцево-кальциевом кластере внутри фотосистемы II (ФС II), а затем доставляя их к молекулам воды с образованием молекулярного кислорода и протонов:

2 Н 2 О → О 2 + 4 Н + + 4е −

Без катализатора (природного или искусственного) эта реакция очень эндотермична и требует высоких температур (не менее 2500 К). [10]

Точную структуру комплекса, выделяющего кислород, трудно определить экспериментально. [56] По состоянию на 2011 год наиболее детальная модель представляла собой кристаллическую структуру фотосистемы II с разрешением 1,9 Å. [57] Комплекс представляет собой кластер, содержащий четыре иона марганца и один ион кальция , но точное расположение и механизм окисления воды внутри кластера неизвестны. Тем не менее, были синтезированы биологические комплексы марганца и марганца-кальция, такие как кластеры [Mn 4 O 4 ] кубанового типа , некоторые из которых обладают каталитической активностью. [58]

Некоторые комплексы рутения , такие как биядерный «синий димер» с мю-оксо-мостиком (первый синтезированный в своем роде), способны к окислению воды под действием света благодаря способности образовывать с высокой валентностью . состояния [23] В этом случае комплекс рутения действует как фотосенсибилизатор и катализатор. Эти комплексы и другие молекулярные катализаторы по-прежнему привлекают исследователей в этой области, поскольку имеют различные преимущества, такие как четкая структура, активный центр и простой для изучения механизм. Одной из основных проблем, которую необходимо преодолеть, является их краткосрочная стабильность и эффективная гетерогенизация для применения в устройствах искусственного фотосинтеза. [59]

Было обнаружено, что многие оксиды металлов обладают каталитической активностью при окислении воды, включая оксид рутения(IV) (RuO 2 ), оксид иридия (IV) (IrO 2 ), оксиды кобальта (включая Co никелем легированный 3 O 4 ) , оксид марганца ( в том числе слоистый MnO 2 (бернессит), Mn 2 O 3 ), а также смесь Mn 2 O 3 с CaMn 2 O 4 . Оксиды легче получить, чем молекулярные катализаторы, особенно из относительно распространенных переходных металлов (кобальта и марганца), но они страдают от низкой частоты оборотов и медленных свойств переноса электронов , а механизм их действия трудно расшифровать и, следовательно, скорректировать. [9]

Фотосенсибилизаторы

[ редактировать ]
Структура [Ru(bipy) 3 ] 2+ , широко используемый фотосенсибилизатор.

Природа использует пигменты , в основном хлорофиллы , для поглощения широкой части видимого спектра. Искусственные системы могут использовать либо один тип пигмента с широким диапазоном поглощения, либо сочетать несколько пигментов для одной цели.

рутения Полипиридиновые комплексы , в частности трис(бипиридин)рутений(II) и его производные, широко используются в фотопроизводстве водорода из-за их эффективного поглощения видимого света и долгоживущего последующего с переносом заряда металл-лиганд возбужденного состояния , что делает комплексы сильных восстановителей. [23] Другие используемые комплексы, содержащие благородные металлы , включают комплексы с платиной , родием и иридием . [23]

Безметалловые органические комплексы также успешно применяются в качестве фотосенсибилизаторов. Примеры включают эозин Y и бенгальский розовый . [23] Пиррольные кольца, такие как порфирины, также использовались для покрытия наноматериалов или полупроводников как для гомогенного, так и для гетерогенного катализа. [9] [36]

В рамках текущих исследований изучаются искусственные фотонные антенные системы, чтобы определить эффективные и устойчивые способы сбора света для искусственного фотосинтеза. Гион Кальзаферри (2009) описывает одну такую ​​антенну, в которой цеолит L используется в качестве носителя для органических красителей, чтобы имитировать системы сбора света растениями. [60] Антенна изготавливается путем введения молекул красителя в каналы цеолита L. Процесс внедрения, происходящий в вакууме и в условиях высокой температуры, становится возможным благодаря совместному колебательному движению каркаса цеолита и молекул красителя. [61] Полученный материал может быть подключен к внешнему устройству через промежуточный кран. [62] [63]

Катализаторы восстановления углекислого газа

[ редактировать ]

В природе фиксация углерода осуществляется зелеными растениями с помощью фермента RuBisCO как часть цикла Кальвина . RuBisCO является довольно медленным катализатором по сравнению с подавляющим большинством других ферментов, включая лишь несколько молекул углекислого газа в рибулозо-1,5-бисфосфат в минуту, но делает это при атмосферном давлении и в мягких биологических условиях. [64] Полученный продукт далее восстанавливается и в конечном итоге используется в синтезе глюкозы , которая, в свою очередь, является предшественником более сложных углеводов , таких как целлюлоза и крахмал . Этот процесс потребляет энергию в виде АТФ и НАДФН .

Искусственное сокращение выбросов CO 2 для производства топлива направлено главным образом на производство восстановленных соединений углерода из атмосферного CO 2 . некоторые комплексы переходных металлов полифосфиновые С этой целью были разработаны ; однако перед использованием они обычно требуют предварительной концентрации CO 2 , а носители (молекулы, которые фиксируют CO 2 ), которые стабильны в аэробных условиях и способны концентрировать CO 2 при атмосферных концентрациях, еще не разработаны. [65] Простейшим продуктом восстановления CO 2 является окись углерода (CO), но для разработки топлива необходимо дальнейшее восстановление (например, до многоуглеродных продуктов), а ключевым этапом, также нуждающимся в доработке, является перевод гидрид-анионов в CO. . [65]

Фотобиологическое производство топлива

[ редактировать ]

Еще одной областью исследований в области искусственного фотосинтеза является отбор и манипулирование фотосинтезирующими микроорганизмами, а именно зелеными микроводорослями и цианобактериями , для производства солнечного топлива. Многие штаммы производят водород естественным путем. [66] Биотопливо из водорослей , такое как бутанол и метанол, производится в различных масштабах. Этот метод извлек выгоду из развития синтетической биологии . [66] [67] [68] Были разработаны различные виды биотоплива, например, уксусная кислота из углекислого газа с использованием «бактерий-киборгов». [69]

Некоторые солнечные элементы способны расщеплять воду на кислород и водород, что примерно в десять раз эффективнее естественного фотосинтеза. [70] [71] Sun Catalytix, стартап, основанный на искусственном листе, заявил, что не будет масштабировать прототип, поскольку устройство предлагает небольшую экономию по сравнению с другими способами получения водорода из солнечного света. [72]

Некоторые фотоавтотрофные микроорганизмы при определенных условиях способны продуцировать водород. Азотфиксирующие микроорганизмы, например нитчатые цианобактерии , обладают ферментом нитрогеназой , ответственным за превращение атмосферного N 2 в аммиак ; Молекулярный водород является побочным продуктом этой реакции и во многих случаях не выделяется микроорганизмом, а скорее поглощается гидрогеназой, окисляющей (поглощающей) водород. Одним из способов заставить эти организмы производить водород является уничтожение поглощающей активности гидрогеназы. Это было сделано на штамме Nostoc punctiforme : один из структурных генов гидрогеназы поглощения NiFe был инактивирован с помощью инсерционного мутагенеза , а мутантный штамм показал выделение водорода при освещении. [73]

Многие из этих фотоавтотрофов также имеют двунаправленные гидрогеназы, которые при определенных условиях могут производить водород. Однако другие энергоемкие метаболические пути могут конкурировать с необходимыми электронами за восстановление протонов, снижая эффективность всего процесса; кроме того, эти гидрогеназы очень чувствительны к кислороду. [66]

Некоторые виды биотоплива на основе углерода также были произведены с использованием цианобактерий, таких как 1-бутанол. [74]

Предполагается, что методы синтетической биологии будут полезны для этой темы. Микробиологическая и ферментативная инженерия потенциально может повысить эффективность и надежность ферментов, а также создать новые метаболические пути производства биотоплива у фотоавтотрофов, у которых их ранее не было, или улучшить существующие. [66] [74] Еще одна разрабатываемая тема — оптимизация фотобиореакторов для коммерческого применения. [75]

Производство продуктов питания

[ редактировать ]

Исследователи добились контролируемого роста разнообразных продуктов питания в темноте посредством солнечной энергии и электрокатализа искусственного фотосинтеза на основе . Это может стать способом повышения энергоэффективности производства продуктов питания и снижения его воздействия на окружающую среду . [76] [77] Однако неясно, жизнеспособны ли и могут ли масштабироваться механизмы производства продуктов питания, основанные на экспериментальном процессе.

Некоторые преимущества, недостатки и эффективность

[ редактировать ]

При проектировании катализатора обычно решается вопрос эффективности, в частности, какая часть падающего света может быть использована в системе на практике. Это сравнимо с эффективностью фотосинтеза , при которой измеряется преобразование света в химическую энергию. Фотосинтезирующие организмы способны собирать около 50% падающей солнечной радиации, однако теоретический предел эффективности фотосинтеза составляет 4,6 и 6,0% для C3 и C4 соответственно. растений [78] В действительности эффективность фотосинтеза намного ниже и обычно составляет менее 1%, за некоторыми исключениями, такими как сахарный тростник в тропическом климате. [79] Напротив, самая высокая зарегистрированная эффективность лабораторных прототипов искусственного фотосинтеза составляет 22,4%. [80] Однако растения эффективно используют CO 2 при атмосферных концентрациях, чего искусственные катализаторы до сих пор не могут выполнить. [81]

См. также

[ редактировать ]

Ссылки

[ редактировать ]
  1. ^ Кудо, Акихико; Мисэки, Юго (2009). «Гетерогенные фотокаталитические материалы для расщепления воды». хим. Соц. Преподобный . 38 (1): 253–278. дои : 10.1039/b800489g . ПМИД   19088977 .
  2. ^ Перейти обратно: а б с «Разностная машина: решение солнечного луча» . Экономист . 11 февраля 2011 г.
  3. ^ Бартон, Эмили Э.; Рампулла, Дэвид М.; Бокарсли, Эндрю Б. (2008). «Селективное восстановление CO 2 до метанола под действием солнечной энергии с использованием катализируемой фотоэлектрохимической ячейки на основе p-GaP». Журнал Американского химического общества . 130 (20): 6342–6344. дои : 10.1021/ja0776327 . ПМИД   18439010 .
  4. ^ Наварро, РМ; дель Валле, Ф.; де ла Мано, Х. А. Виллория; Альварес-Гальван, MC; Фиерро, JLG (2009). Фотокаталитическое расщепление воды в видимом свете: концепция и разработка катализаторов . Достижения в области химической инженерии. Том. 36. С. 111–143. дои : 10.1016/S0065-2377(09)00404-9 . ISBN  9780123747631 .
  5. ^ Перейти обратно: а б Стайринг, Стенбьерн (21 декабря 2011 г.). «Искусственный фотосинтез солнечного топлива». Фарадеевские дискуссии . 155 (Предварительная статья): 357–376. Бибкод : 2012ФаДи..155..357С . дои : 10.1039/C1FD00113B . ПМИД   22470985 .
  6. ^ Листорти, Андреа; Даррант, Джеймс; Барбер, Джим (декабрь 2009 г.). «Солнечная энергия в качестве топлива». Природные материалы . 8 (12): 929–930. Бибкод : 2009NatMa...8..929L . дои : 10.1038/nmat2578 . ПМИД   19935695 .
  7. ^ «Искусственный фотосинтез может производить пищу в полной темноте» . scitechdaily.com . 25 июня 2022 г. Проверено 28 июня 2022 г.
  8. ^ Гэтман, Эндрю. «Энергия со скоростью света» . Интернет-исследования . Пенсильвания. Архивировано из оригинала 12 июля 2012 года . Проверено 16 января 2012 г.
  9. ^ Перейти обратно: а б с Карраро, Мауро; Сарторель, Андреа; Тома, Франческа; Пунториеро, Фаусто; Скандола, Франко; Кампанья, Себастьяно; Прато, Маурицио; Бончио, Марселла (2011). Проблемы искусственного фотосинтеза: окисление воды на наноструктурированных границах раздела . Темы современной химии. Том 303. стр. 121–150. doi : 10.1007/128_2011_136 (неактивен 17 февраля 2024 г.). ISBN  978-3-642-22293-1 . ПМИД   21547686 . {{cite book}}: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на февраль 2024 г. ( ссылка )
  10. ^ Перейти обратно: а б Бокрис, Дж.О.М.; Дандапани, Б.; Кок, Д.; Горогчян, Дж. (1985). «О расщеплении воды». Международный журнал водородной энергетики . 10 (3): 179–201. Бибкод : 1985IJHE...10..179B . дои : 10.1016/0360-3199(85)90025-4 .
  11. ^ Армароли, Никола ; Бальзани, Винченцо (2007). «Будущее энергоснабжения: вызовы и возможности». Ангеванде Хеми . 46 (1–2): 52–66. дои : 10.1002/anie.200602373 . ПМИД   17103469 .
  12. ^ Чамициан, Джакомо (1912). «Фотохимия будущего» . Наука . 36 (926): 385–394. Бибкод : 1912Sci....36..385C . дои : 10.1126/science.36.926.385 . ПМИД   17836492 .
  13. ^ Бальзани, Винченцо; и др. (2008). «Фотохимическое преобразование солнечной энергии». ChemSusChem . 1 (1–2): 26–58. Бибкод : 2008ЧСЧ...1...26Б . дои : 10.1002/cssc.200700087 . ПМИД   18605661 .
  14. ^ Фудзисима, Акира; Рао, Тата Н.; Трик, Дональд А. (29 июня 2000 г.). «Фотокатализ диоксида титана». Журнал фотохимии и фотобиологии C: Обзоры фотохимии . 1 (1): 1–21. дои : 10.1016/S1389-5567(00)00002-2 . S2CID   73665845 .
  15. ^ Уильям Айерс, патент США 4 466 869 «Фотолитическое производство водорода».
  16. ^ Айерс, В.М. и Каннелла, В. (1984) «Тандемные фотокатоды из аморфного кремния», Proc. Международный Конф. по электродинамике и квантовым явлениям на границах раздела, Телави, СССР
  17. ^ Кяркас, Маркус Д.; Веро, Оскар; Джонстон, Эрик В.; Окермарк, Бьорн (2014). «Искусственный фотосинтез: молекулярные системы каталитического окисления воды». Химические обзоры . 114 (24): 11863–12001. дои : 10.1021/cr400572f .
  18. ^ Хэм, Ренс; Нильсен, К. Джассли; Пуллен, Соня; Рик, Йост, Нью-Хэмпшир (2023). «Супрамолекулярные координационные клетки для искусственного фотосинтеза и синтетического фотокатализа» . Химические обзоры . 123 (9): 5225–5261. doi : 10.1021/acs.chemrev.2c00759 . ПМЦ   10176487 . ПМИД   36662702 .
  19. ^ Рейес Круз, Эдгар А.; Нисиори, Дайки; Уодсворт, Брайан Л.; Нгуен, Нги П.; Хенсли, Лилиан К.; Хуснутдинова Диана; Бейлер, Анна М.; Мур, Г.Ф. (2022). «Молекулярно-модифицированные фотокатоды для применения в искусственном фотосинтезе и технологиях преобразования солнечной энергии в топливо». Химические обзоры . 122 (21): 16051–16109. doi : 10.1021/acs.chemrev.2c00200 . ПМИД   36173689 .
  20. ^ Кяркас, Маркус Д.; Веро, Оскар; Джонстон, Эрик В.; Окермарк, Бьорн (2014). «Искусственный фотосинтез: молекулярные системы каталитического окисления воды». Химические обзоры . 114 (24): 11863–12001. дои : 10.1021/cr400572f . ПМИД   25354019 .
  21. ^ Хэм, Ренс; Нильсен, К. Джассли; Пуллен, Соня; Рик, Йост, Нью-Хэмпшир (2023). «Супрамолекулярные координационные клетки для искусственного фотосинтеза и синтетического фотокатализа» . Химические обзоры . 123 (9): 5225–5261. doi : 10.1021/acs.chemrev.2c00759 . ПМЦ   10176487 . ПМИД   36662702 .
  22. ^ Кампанья, Себастьяно; Настази, Франческо; Ла Ганга, Джузеппина; Серрони, Схоластика; Санторо, Антонио; Арриго, Антонино; Пунториеро, Фаусто (2023). «Самособирающиеся системы искусственного фотосинтеза» . Физическая химия Химическая физика . 25 (3): 1504–1512. Бибкод : 2023PCCP...25.1504C . дои : 10.1039/d2cp03655j . ПМИД   36448376 .
  23. ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я Андреадис, Евгений С.; Шаваро-Керлиду, Мюриэль; Фонтекейв, Марк; Артеро, Винсент (сентябрь – октябрь 2011 г.). «Искусственный фотосинтез: от молекулярных катализаторов расщепления воды под действием света до фотоэлектрохимических клеток» . Фотохимия и фотобиология . 87 (5): 946–964. дои : 10.1111/j.1751-1097.2011.00966.x . ПМИД   21740444 .
  24. ^ Перейти обратно: а б Хаммарстрем, Лейф; Стайринг, Стенбьёрн (27 марта 2008 г.). «Связанный перенос электронов при искусственном фотосинтезе» . Философские труды Королевского общества . 363 (1494): 1283–1291. дои : 10.1098/rstb.2007.2225 . ПМК   2614099 . ПМИД   17954432 .
  25. ^ Гаст, Девенс; Мур, Томас А.; Мур, Ана Л. (2009). «Солнечное топливо посредством искусственного фотосинтеза». Отчеты о химических исследованиях . 42 (12): 1890–1898. дои : 10.1021/ar900209b . ПМИД   19902921 .
  26. ^ Ван, Цянь (24 августа 2020 г.). «Лист молекулярно-инженерного фотокатализатора для масштабируемого производства формиата солнечной энергии из диоксида углерода и воды» (PDF) . Энергия природы . 5 (9): 703–710. Бибкод : 2020NatEn...5..703W . дои : 10.1038/s41560-020-0678-6 . S2CID   225203917 .
  27. ^ дель Валле, Ф.; Исикава, А.; Домен, К. (май 2009 г.). «Влияние концентрации Zn на активность Cd
    1- х     цинк
    Твердые растворы x     S     для расщепления воды под видимым светом». Catalesis Today . 143 (1–2): 51–59. doi : 10.1016/j.cattod.2008.09.024 .
  28. ^ Хенсель, Дженнифер; Ван, Гунмин; Ли, Ят; Чжан, Цзинь З. (2010). «Синергетический эффект сенсибилизации квантовыми точками CdSe и легирования азотом наноструктур TiO 2 для фотоэлектрохимической генерации солнечного водорода». Нано-буквы . 10 (2): 478–483. Бибкод : 2010NanoL..10..478H . дои : 10.1021/nl903217w . ПМИД   20102190 .
  29. ^ Кэнан, Мэтью В.; Ночера, Дэниел Г. (22 августа 2008 г.). «Формирование in situ катализатора выделения кислорода в нейтральной воде, содержащей фосфат и кобальт». 2+ ". Science . 321 (5892): 1072–1075. : 2008Sci ...321.1072K . doi : 10.1126/science.1162018 . PMID   18669820. S2CID Бибкод   206514692 .
  30. ^ Латтерман, Дэниел А.; Сурендранатх, Йогеш; Ночера, Дэниел Г. (2009). «Самовосстанавливающийся катализатор выделения кислорода». Журнал Американского химического общества . 131 (11): 3838–3839. дои : 10.1021/ja900023k . ПМИД   19249834 .
  31. ^ «Прорыв в области солнечной энергии: исследователи нашли дешевый и простой способ хранения энергии, вырабатываемой солнечной энергией» . Technologyreview.com . Проверено 19 апреля 2011 г.
  32. ^ Кляйнер, Курт. «Электрод освещает путь к искусственному фотосинтезу» . НовыйУченый . Рид Бизнес Информация Лтд . Проверено 10 января 2012 г.
  33. ^ «Световая система генерации водорода на основе недорогих карбонильных комплексов железа» . AZoNano.com . AZoNetwork. 2 декабря 2009 года . Проверено 19 апреля 2011 г.
  34. ^ Садовник, Феликс; Сундарараджу, баскский; Суркус, Аннет-Энрика; Боддиен, Альберт; Логес, Бьёрн; Боже, Хенрик; Дикснеф, Пьер Х; Беллер, Матиас (21 декабря 2009 г.). «Световое производство водорода: эффективные катализаторы восстановления воды на основе железа». Международное издание «Прикладная химия» . 48 (52): 9962–9965. дои : 10.1002/anie.200905115 . ПМИД   19937629 .
  35. ^ Нанн, Томас; Ибрагим, Саад К; Вой, Пей-Мэн; Сюй, Шу; Зиглер, Ян; Пикетт, Кристофер Дж. (22 февраля 2010 г.). «Расщепление воды видимым светом: нанофотокатод для производства водорода» . Angewandte Chemie, международное издание . 49 (9): 1574–1577. дои : 10.1002/anie.200906262 . ПМИД   20140925 .
  36. ^ Перейти обратно: а б Кальянасундарам, К.; Гретцель, М. (июнь 2010 г.). «Искусственный фотосинтез: биомиметические подходы к преобразованию и хранению солнечной энергии». Современное мнение в области биотехнологии . 21 (3): 298–310. doi : 10.1016/j.copbio.2010.03.021 . ПМИД   20439158 .
  37. ^ Андрей, Вергилий; Укоски, Геани М.; Порнрунгрой, Шанон; Усвачок, Чавит; Ван, Цянь; Ахиллеос, Деметра С.; Касап, Хатидже; Сокол, Катажина П.; Ягт, Роберт А.; Лу, Хайцзяо; и др. (17 августа 2022 г.). «Плавающие устройства на основе перовскита-BiVO4 для масштабируемого производства солнечного топлива» . Природа . 608 (7923): 518–522. Бибкод : 2022Natur.608..518A . дои : 10.1038/s41586-022-04978-6 . ПМИД   35978127 . S2CID   251645379 .
  38. ^ Бинод, Непал; Сиддхартха Дас (2013). «Устойчивое окисление воды с помощью каталитической клетки, изолированной в металлоорганическом каркасе». Энджью. хим. Межд. Эд . 52 (28): 7224–27. CiteSeerX   10.1.1.359.7383 . дои : 10.1002/anie.201301327 . ПМИД   23729244 .
  39. ^ Ребекка Э. Хансен; Сиддхартха Дас (2014). «Биомиметический димарганцевый катализатор, изолированный в клетке MOF: надежный катализатор окисления воды с помощью Ce (IV), окислителя, не являющегося донором O». Энергетическая среда. Наука . 7 (1): 317–322. дои : 10.1039/C3EE43040E .
  40. ^ Новости химии и техники
  41. ^ Крассен, Хеннинг; Отт, Саша; Хеберле, Иоахим (2011). «Производство водорода in vitro с использованием энергии Солнца». Физическая химия Химическая физика . 13 (1): 47–57. Бибкод : 2011PCCP...13...47K . дои : 10.1039/C0CP01163K . ПМИД   21103567 .
  42. ^ «Шведский консорциум искусственного фотосинтеза» . Уппсальский университет. Архивировано из оригинала 20 января 2012 года . Проверено 24 января 2012 г.
  43. ^ «Дом – Объединенный центр искусственного фотосинтеза» . Solarfuelshub.org . Проверено 7 ноября 2012 г.
  44. ^ «Команда под руководством Калифорнийского технологического института получит до 122 миллионов долларов для Центра энергетических инноваций» . Калифорнийский технологический институт по связям со СМИ. 21 июля 2010 года. Архивировано из оригинала 9 августа 2011 года . Проверено 19 апреля 2011 г.
  45. ^ «Искусственный фотосинтез хочет изменить мир» . Digitalworldtokyo.com. 14 января 2009 года . Проверено 19 апреля 2011 г.
  46. ^ «Создание Института КАЙТЕКИ Инк» . Среда КСО . mitsubishi.com . Проверено 10 января 2012 г.
  47. ^ "Исследовать" . Институт КАЙТЕКИ . Проверено 10 января 2012 г.
  48. ^ Фаунс Т.А., Любиц В., Резерфорд А.В., Макфарлейн Д., Мур Г.Ф., Ян П., Носера Д.Г., Мур Т.А., Грегори Д.Х., Фукузуми С., Юн К.Б., Армстронг Ф.А., Василевски М.Р., Стайринг С. (2013). «Обоснование энергетической и экологической политики для глобального проекта по искусственному фотосинтезу». Энергетика и экология . 6 (3): 695–698. дои : 10.1039/C3EE00063J . S2CID   97344491 .
  49. ^ На пути к глобальному искусственному фотосинтезу, остров Лорд-Хау, 2011 г. «Искусственный фотосинтез» . Архивировано из оригинала 28 марта 2016 года . Проверено 7 апреля 2016 г. опубликовано в Австралийском журнале химии, том 65, номер 6, 2012 г., как «Искусственный фотосинтез: энергия, нанохимия и управление».
  50. ^ Нужен ли нам глобальный проект по искусственному фотосинтезу? опубликовано в журнале Interface Focus Vol 5(3), июнь 2015 г.
  51. ^ Глобальный искусственный фотосинтез - прорывы в устойчивом развитии Канберры и острова Лорд-Хау, 2016 г. Medicalschool.anu.edu.au
  52. ^ Тард, Седрик; Пикетт, Кристофер Дж. (2009). «Структурные и функциональные аналоги активных центров [Fe]-, [NiFe]- и [FeFe]-гидрогеназ». Химические обзоры . 109 (6): 2245–2274. дои : 10.1021/cr800542q . ПМИД   19438209 .
  53. ^ Тард, Седрик; Лю, Сяомин; Ибрагим, Саад К.; Бруски, Маурицио; Де Джоя, Лука; Дэвис, Сиан К.; Ян, Синь; Ван, Лай-Шэн; и др. (2005). «Синтез H-кластерного каркаса железосодержащей гидрогеназы». Природа . 433 (7026): 610–613. Бибкод : 2005Natur.433..610T . дои : 10.1038/nature03298 . ПМИД   15703741 . S2CID   4430994 .
  54. ^ Хейдук, Алан Ф.; Ночера (31 августа 2001 г.). «Дэниел Г.». Наука . 293 (5535): 1639–1641. Бибкод : 2001Sci...293.1639H . дои : 10.1126/science.1062965 . ПМИД   11533485 . S2CID   35989348 .
  55. ^ Ху, Силе; Коссарт, Брэнди М.; Бруншвиг, Брюс С.; Льюис, Натан С.; Питерс, Джонас К. (2005). «Электрокаталитическое выделение водорода комплексами дифторборил-диглиоксимата кобальта» (PDF) . Химические коммуникации . 37 (37): 4723–4725. дои : 10.1039/B509188H . ПМИД   16175305 .
  56. ^ Яно, Джунко; Керн, Ян; Иррганг, Клаус-Дитер; Латимер, Мэтью Дж.; Бергманн, Уве; Глатцель, Питер; Пушкарь, Юлия; Бесядка, Яцек; Лолль, Бернхард; Зауэр, Кеннет; Мессингер, Йоханнес; Зуни, Афина; Ячандра, Виттал К. (23 августа 2005 г.). «Рентгеновское повреждение комплекса Mn 4 Ca в монокристаллах фотосистемы II: пример кристаллографии металлопротеинов» . Труды Национальной академии наук . 102 (34): 12047–12052. Бибкод : 2005PNAS..10212047Y . дои : 10.1073/pnas.0505207102 . ПМК   1186027 . ПМИД   16103362 .
  57. ^ Ясуфуми, Умена; Каваками, Кейсуке; Шен, Цзянь-Рен; Камия, Нобуо (5 мая 2011 г.). «Кристаллическая структура фотосистемы II, выделяющей кислород, с разрешением 1,9 Å» (PDF) . Природа . 473 (7345): 55–60. Бибкод : 2011Природа.473...55У . дои : 10.1038/nature09913 . ПМИД   21499260 . S2CID   205224374 .
  58. ^ Дисмукс, Г. Чарльз; Бримблкомб, Робин; Фелтон, Грег А.Н.; Прядун, Руслан С.; Шитс, Джон Э.; Спичча, Леоне; Свигерс, Герхард Ф. (2009). «Разработка биоинспирированных катализаторов окисления 4 O 4 -кубинской воды: уроки фотосинтеза». Отчеты о химических исследованиях . 42 (12): 1935–1943. дои : 10.1021/ar900249x . ПМИД   19908827 .
  59. ^ Чжан, Бяобяо; Сунь, Личэн (2019). «Искусственный фотосинтез: возможности и проблемы молекулярных катализаторов» . Обзоры химического общества . 48 (7): 2216–2264. дои : 10.1039/C8CS00897C . ПМИД   30895997 .
  60. ^ Кальзаферри, Гион (2010). «Искусственный фотосинтез» (PDF) . Темы катализа . 53 (3): 130–140. дои : 10.1007/s11244-009-9424-9 . S2CID   195282014 .
  61. ^ Табакки, Глория; Кальцаферри, Гион; Фуа, Этторе (2016). «Одномерная самосборка перилендиимидных красителей путем однонаправленного прохождения отверстий цеолитных каналов» . Химические коммуникации . 52 (75): 11195–11198. дои : 10.1039/C6CC05303C . hdl : 11383/2057444 . ПМИД   27484884 .
  62. ^ Кальцаферри, Гион; Меалле-Рено, Рашель; Брювилер, Доминик; Пансу, Роберт; Доламич, Игорь; Динель, Томас; Адлер, Полина; Ли, Хуанжун; Кунцманн, Андреас (2011). «Разработка гибридных материалов краситель-наноканальная антенна для сбора, транспортировки и улавливания света» . ХимияФизХим . 12 (3): 580–594. дои : 10.1002/cphc.201000947 . ПМИД   21337487 .
  63. ^ Табакки, Глория; Фуа, Этторе; Кальзаферри, Гион (2015). «Структура входов наноканалов в цеолите L, функционализированном краном» . Angewandte Chemie, международное издание . 54 (38): 11112–11116. дои : 10.1002/anie.201504745 . hdl : 11383/2030753 . ПМИД   26255642 . S2CID   205388715 .
  64. ^ Эллис-младший (2010). «Решение неразумного замысла». Природа . 463 (7278): 164–165. Бибкод : 2010Natur.463..164E . дои : 10.1038/463164a . ПМИД   20075906 . S2CID   205052478 .
  65. ^ Перейти обратно: а б Дюбуа, М. Раковски; Дюбуа, Дэниел Л. (2009). «Разработка молекулярных электрокатализаторов для восстановления CO2 и производства/окисления H2». Отчеты о химических исследованиях . 42 (12): 1974–1982. дои : 10.1021/ar900110c . ПМИД   19645445 .
  66. ^ Перейти обратно: а б с д Магнусон, Энн; Андерлунд, Магнус; Йоханссон, Олоф; Линдблад, Питер; Ломот, Райнер; Поливка, Томас; Отт, Саша; Стеншо, Карин; Рулевое управление, Стенбьерн; Сундстрем, Вилли; Хаммарстрем, Лейф (декабрь 2009 г.). «Биомиметические и микробные подходы к производству солнечного топлива» . Отчеты о химических исследованиях . 42 (12): 1899–1909. дои : 10.1021/ar900127h . ПМИД   19757805 .
  67. ^ ОКВИ. «Синтетическая биология и биоэнергетика – Обзор» . Институт Дж. Крейга Вентера . Проверено 17 января 2012 г.
  68. ^ «Водород из воды в новой рекомбинантной цианобактериальной системе» . Институт Дж. Крейга Вентера . Проверено 17 января 2012 г.
  69. ^ МакГрат, Мэтт (22 августа 2017 г.). « Бактерии «Киборги» доставляют источник зеленого топлива из солнечного света» . Новости Би-би-си .
  70. ^ «Дебют первого практического «искусственного листа» » . Пресс-релизы АКС . Американское химическое общество. Архивировано из оригинала 24 февраля 2013 года . Проверено 10 января 2012 г.
  71. ^ Рис, Стивен Ю.; Хамель, Джонатан А.; Сунг, Кимберли; Ярви, Томас Д.; Эссвейн, Артур Дж.; Пайперс, Джоп Дж. Х.; Ночера, Дэниел Г. (4 ноября 2011 г.). «Беспроводное расщепление солнечной воды с использованием полупроводников на основе кремния и земных катализаторов». Наука . 334 (6056): 645–648. Бибкод : 2011Sci...334..645R . дои : 10.1126/science.1209816 . ПМИД   21960528 . S2CID   12720266 .
  72. ^ Ван Ноорден, Ричард (2012). « Искусственный лист» сталкивается с экономическим препятствием» . Природа . дои : 10.1038/nature.2012.10703 . S2CID   211729746 .
  73. ^ Линдберг, Пиа; Шютц, Катрин; Хаппе, Томас; Линдблад, Питер (ноябрь – декабрь 2002 г.). «Продуцирующий водород мутантный штамм Nostoc punctiforme ATCC 29133, не содержащий гидрогеназы». Международный журнал водородной энергетики . 27 (11–12): 1291–1296. Бибкод : 2002IJHE...27.1291L . дои : 10.1016/S0360-3199(02)00121-0 .
  74. ^ Перейти обратно: а б Лан, Итан И.; Ляо, Джеймс К. (июль 2011 г.). «Метаболическая инженерия цианобактерий для производства 1-бутанола из диоксида углерода». Метаболическая инженерия . 13 (4): 353–363. дои : 10.1016/j.ymben.2011.04.004 . ПМИД   21569861 .
  75. ^ Кунджапур, Адитья М.; Элдридж, Р. Брюс (2010). «Проектирование фотобиореактора для коммерческого производства биотоплива из микроводорослей». Исследования в области промышленной и инженерной химии . 49 (8): 3516–3526. дои : 10.1021/ie901459u .
  76. ^ Рейнольдс, Мэтт. «Ученые пытаются вырастить урожай в темноте» . Проводной . Проверено 23 июля 2022 г.
  77. ^ Ханн, Элизабет К.; Овера, Шон; Харланд-Данауэй, Маркус; Нарваес, Андрес Ф.; Ле, Данг Н.; Ороско-Карденас, Марта Л.; Цзяо, Фэн; Джинкерсон, Роберт Э. (июнь 2022 г.). «Гибридная неорганически-биологическая система искусственного фотосинтеза для энергоэффективного производства продуктов питания» . Природная еда . 3 (6): 461–471. дои : 10.1038/s43016-022-00530-x . ПМИД   37118051 . S2CID   250004816 .
  78. ^ Бланкеншип, Роберт Э .; Тиде, Дэвид М.; Барбер, Джеймс; Брудвиг, Гэри В.; Флеминг, Грэм; Жирарди, Мария; Ганнер, MR; Юнге, Вольфганг; Крамер, Дэвид М .; Мелис, Анастасиос; Мур, Томас А.; Мозер, Кристофер С.; Ночера, Дэниел Г.; Нозик, Артур Дж.; Орт, Дональд Р.; Парсон, Уильям В.; Принс, Роджер С.; Сэйр, Ричард Т. (13 мая 2011 г.). «Сравнение фотосинтетической и фотоэлектрической эффективности и признание потенциала ее улучшения» . Наука . 332 (6031): 805–809. Бибкод : 2011Sci...332..805B . дои : 10.1126/science.1200165 . ПМИД   21566184 . S2CID   22798697 .
  79. ^ Армароли, Никола ; Бальзани, Винченцо (2016). «Солнечная электроэнергия и солнечное топливо: состояние и перспективы в контексте энергетического перехода». Химия – Европейский журнал . 22 (1): 32–57. дои : 10.1002/chem.201503580 . ПМИД   26584653 .
  80. ^ Бонке, Шеннон А.; и др. (2015). «Возобновляемые виды топлива из концентрированной солнечной энергии: к практическому искусственному фотосинтезу». Энергетика и экология . 8 (9): 2791–2796. дои : 10.1039/c5ee02214b . S2CID   94698839 .
  81. ^ Бьелло, Дэвид. «Растения против фотоэлектрических систем: что лучше улавливает солнечную энергию?» . Научный американец . Проверено 17 января 2012 г.
[ редактировать ]
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Artificial_photosynthesis&oldid=1237972682"
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: db5a6e848512866b7f2b49d0005c3704__1722504540
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/db/04/db5a6e848512866b7f2b49d0005c3704.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Artificial photosynthesis - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)