افزایش سرعت فرآیند فتوسنتز با برگ نیمه‌مصنوعی

[ERF@N]

محققان آلمانی سلول خورشیدی جدیدی موسوم به برگ مصنوعی تولید کرده‌اند که با تقلید انتقال الکترون فتوسنتز، این فرآیند را سریعتر از یک برگ طبیعی انجام می‌دهد.

این روش که توسط محققان دانشگاه روهر (Ruhr) ارائه شده است، یک استراتژی بی‌حرکتی جدید است که برای نخستین‌بار، منجر به افزایش نرخ انتقال الکترون بیش از نرخ‌های مشاهده شده در فتوسنتز طبیعی می‌شود.

از این طریق امکان ساخت برگ نیمه‌مصنوعی بعنوان دستگاه‌های فتوولتائیک با افزایش قابل توجه عملکرد فراهم می‌شود.

در برگ طبیعی، «فتوسیستم یک» (PS1) نور خورشید را جذب کرده و در نهایت انرژی خود را برای تبدیل دی‌اکسید کربن به زیست‌توده استفاده می‌کند؛ درحالیکه دستگاه های فتوولتائیک که اغلب از نیمه‌هادی مبتنی بر سیلیکون ساخته می‌شوند، نور خورشید را جذب کرده و برق تولید می‌کنند.

در این مطالعه، PS1 بسیار پایدار از سیانوباکتری ترموفیلیک (گرمادوست) که در چشمه آب گرم ژاپن زندگی می‌کند، انتخاب شد؛ ادغام این بخش طبیعی با یک دستگاه مصنوعی، اصلی‌ترین چالش محققان بود، چراکه PS1 هر دو حالت آب‌گریز و آب‌دوست را از خود نشان می‌دهد که بی‌حرکتی بر روی الکترودها را دشوار می‌سازد.

در مرحله بعد، PS1 در این ماتریس مصنوعی تعبیه شد؛ خواص آب‌گریز/ آب دوست هیدورژل با تغییر pH قابل کنترل بود که در حالت آب‌گریز مورد نیاز برای فتوسیستم تنظیم شد.

این محیط هدف، شرایط بهینه را برای PS1 فراهم کرده و بر محدودیت‌های جنبشی که در برگ طبیعی وجود دارد، غلبه کرد؛ از این طریق بالاترین بازده فتوسنتز برای یک برگه نیمه‌مصنوعی زیستی ثبت شد که بهره‌وری را از محدوده نانو وات تا میکرو وات بهبود می‌بخشد.

نتایج این مطالعه در مجله Chemistry منتشر شده است.