Naukowcy z UW o zrównoważonej konwersji energii słonecznej

Naukowcy z Uniwersytetu Warszawskiego poszukiwali nowych sposobów bardziej zrównoważonego i przyjaznego środowisku przetwarzania energii słonecznej na elektryczną i chemiczną. Badania, których wyniki zostały opisane w „Materials Horizons”, były realizowane pod kierunkiem dr Margot Jacquet i prof. Joanny Kargul z Laboratorium Fotosyntezy i Paliw Słonecznych Centrum Nowych Technologii UW przy udziale badaczy z Wydziału Fizyki UW, Wydziału Chemii UW, Centrum Nauk Biologiczno- Chemicznych UW i Narodowej Rady Badań Naukowych Włoch (CNR).

Czerpiąc inspirację z obserwacji procesu naturalnej fotosyntezy, naukowcy dążą do opracowania zaawansowanych i bardziej zrównoważonych materiałów do przetwarzania energii słonecznej na elektryczną i chemiczną. Chcieliby w tym celu wykorzystać zaawansowane molekularnie biomaszyny i różne materiały syntetyczne.

– Dużym wyzwaniem pozostaje użycie biokomponentów w sztucznie zaprojektowanych urządzeniach. Kluczowym aspektem poprawy wydajności jest elektroniczne połączenie maszyn molekularnych, np. fotoenzymów, hydrogenaz i enzymów konwertujących dwutlenek węgla, z powierzchnią elektrody. Aby przezwyciężyć te trudności, obecnie powszechnie stosuje się nadmierne ilości toksycznych tzw. mediatorów redoks, ograniczając jednocześnie zrównoważony rozwój, długoterminową wydajność i przemysłowe wdrażanie takich urządzeń – mówi prof. Joanna Kargul z Centrum Nowych Technologii UW.

W artykule opublikowanym w czasopiśmie „Materials Horizons” Brytyjskiego Królewskiego Towarzystwa Chemicznego autorzy z UW donoszą o innowacyjnej strategii, której zastosowanie skutkuje zwiększeniem wydajności transferu elektronów w tzw. przewodzącym interfejsie pomiędzy abiotycznymi i biologicznymi komponentami urządzeń przetwarzających energię słoneczną. Nowa, przełomowa strategia polega na domieszkowaniu interfejsu molekularnego mediatorem węglowym, dimetanolem ferrocenu (Fc), stosowanym w minimalnych stężeniach (nM).

Naukowcy określają nową koncepcję „ograniczonym przestrzennie transferem elektronów”. Zapewnia ona zrównoważone podejście do maksymalizacji wydajności urządzeń biosolarnych. Pozwala uniknąć szkodliwych skutków i konkurencyjnej interferencji zewnętrznych, zwykle toksycznych mediatorów redoks. Nowy pomysł można potencjalnie zastosować np. w biofotowoltaice, produkcji paliw słonecznych, biokatalizie czy biosensingu.