Ізраїльські фізики винайшли новий вид біобатарейки, що витягає електрику з води, розкладаючи її молекули за допомогою білків, які рослини використовують для фотосинтезу, говориться у статті, опублікованій у журналі Nature Communications.

Рослини, бактерії та інші мікроорганізми перетворюють енергію світла у поживні речовини за допомогою так званих фотосистем I і II, які містять у собі кілька десятків окремих компонентів - білків, жирів і пігментів-хлорофілів.

Перша система захоплює фотони видимого випромінювання і перетворює їхню енергію у вільні електрони, а друга розщеплює молекули води на кисень і водень і використовує останній для збирання молекул поживних речовин.

Група вчених під керівництвом Ітамара Вілнера (Itamar Willner) з Єврейського університету в Єрусалимі (Ізраїль) шукала способи створення джерел живлення на базі фотосистеми II, для роботи яких не був би потрібний який-небудь хімічний компонент (вуглекислий газ, каталізатор), що руйнується у процесі використання. Вілнер і його колеги вирішили цю проблему за допомогою двох «природних» компонентів на полюсах батарейки.

Анод - негативний полюс пристрою - виготовлявся наступним чином. Спочатку вчені виростили колонію синьо-зелених бактерій Mastigocladus laminosus і витягли молекули фотосинтезуючих білків з їхніх клітин. Потім фізики виготовили невеликий золотий електрод, поверхня якого була покрита спеціальним полімером і до вільного «хвоста» якого прикріплювалися молекули фотосистеми II. Цей полімер виконував відразу дві функції - він утримував молекули фотосистеми на місці і був «проводом», по якому вільні електрони перетікали на золотий електрод.

Позитивний полюс - катод - був виготовлений зі скловуглецю, поверхня якого була покрита вуглецевими нанотрубками і ферментом білірубін оксидазою. Ця речовина захоплює вільні електрони і використовує їх для перетворення вільного кисню у молекули води. Як пояснюють фізики, така реакція перешкоджає зникненню кисню, який витягається з молекул води на аноді.

Автори статті зібрали експериментальну біобатарейку і перевірили її роботу. Пристрій справно генерував електричний струм протягом трьох годин і продовжував його виробляти протягом 10 годин, знизивши свою ефективність на 10%.

За оцінками дослідників, їхній винахід перетворює приблизно 1% енергії світла в електрику, що є досить середнім показником. Інші фотосинтезуючі акумулятори досягають ефективності у 0,2-3,3%. Проте, такі прилади зазвичай вимагають безперервного додавання каталізаторів або додаткових реагентів і виводу продуктів реакції, що робить їх непридатними для промислового і побутового використання.

Дослідники планують поліпшити роботу свого винаходу, розробивши більш ефективні методи «упакування» і приєднання молекул фотосистеми до негативного полюса біобатареї.

Джерело: InfoNova.org.ua

За матеріалами: popnano.ru