Искусственная клетка из света и воды. В Китае создали нанореактор, который сам вырабатывает перекись
Лучший химик в природе — это живая клетка. В микроскопическом объеме она осуществляет сотни реакций, ничего не путая и практически не расходуя энергию впустую, поскольку каждая молекула в ней находится на своем месте. Воспроизвести хотя бы часть этого совершенства вне живого организма — давняя мечта ученых.
Китайские исследователи вплотную приблизились к этому. Они создали крошечный полый реактор нанометрового размера, который работает по принципам клетки и под воздействием обычного видимого света вырабатывает из воды перекись водорода.
Работа была опубликована авторитетным журналом Journal of the American Chemical Society .
Секрет устройства — в сочетании двух приемов, заимствованных у живой природы.
Первый механизм — эстафета протонов. Во внешней оболочке реактора (изготовленной из полидофамина) содержится особая пара веществ, способная быстро принимать и тут же отдавать протоны — заряженные частицы, без движения которых реакция попросту не пойдет. Вместо того чтобы с трудом «перекачивать» их, эта пара передает протоны из рук в руки, словно ведра в цепочке людей при тушении пожара. Благодаря этому процесс ускоряется в разы.
Второй прием — хитроумная конструкция. Реактор полый: пористая оболочка окружает внутреннюю полость. Получается крошечная камера, в которой необходимые вещества накапливаются и легко перемешиваются, а свет словно застревает внутри, вместо того чтобы пройти насквозь.
В совокупности эти два свойства решают давнюю проблему: они синхронизируют две реакции, которые обычно протекают с разной скоростью. Результат неплох: под воздействием видимого света в воде устройство преобразует в полезные химические продукты около 1,2% солнечной энергии. Эта цифра кажется скромной, но для такого способа синтеза это весьма солидный показатель.
Чтобы понять, как именно работает устройство, команда задействовала целый арсенал методов — от прецизионных спектральных измерений до компьютерного моделирования. А затем сделала еще один практический шаг: заключила материал в гидрогель на основе альгината натрия — безвредного вещества, получаемого из морских водорослей.
Так был получен твердый катализатор многократного использования, стабильно производящий перекись под обычным солнечным светом, а не только в лабораторной установке.