ТАСС, 3 октября. Немецкие исследователи разработали синтетический фермент, способный захватывать молекулы воды и расщеплять их на водород и кислород столь же эффективно, как это делают фотосинтезирующие белки растений. Создание этого вещества ускорит переход на водородную энергетику. Работа опубликована в Nature Catalysis. О результатах сообщила в понедельник пресс-служба Вюрцбургского университета.
"Этот успех стал возможным после того, как наш аспирант Никлас Нолль выяснил, как можно разместить искусственный "карман" рядом с ранее созданным нами катализатором на базе рутения. Когда молекула воды попадает в этот "карман", она размещается в определенной позиции относительно атомов рутения, что ускоряет транспортировку электронов и делает этот процесс похожим на то, что происходит в белках растений", - заявил профессор Вюрцбургского университета (Германия) Франк Вюртнер, чьи слова приводит пресс-служба вуза.
За последние два десятилетия физики разработали большое число катализаторов или установок по расщеплению воды, способных расщеплять молекулы влаги на кислород и водород при помощи света или электричества. Пока такие системы далеки от практического использования, чем мешает как высокая себестоимость производства водорода и кислорода, так и низкая долговечность их компонентов.
С другой стороны, этот процесс был полностью освоен предками цианобактерий и растений еще несколько сотен миллионов лет назад, когда они выработали набор белков, позволяющий им поглощать частицы света и использовать их энергию для расщепления воды и производства питательных веществ. Ученые уже долгое время пытаются повторить этот процесс и создать первые "зеленые" расщепители воды.
Энергоэффективное расщепление воды
Профессор Вюртнер и его коллеги уже много лет работают над воспроизведением работы фотосистемы-II, той части процесса фотосинтеза, которая непосредственно связана с разложением воды. Несколько лет назад им удалось создать сложную химическую систему из нескольких различных молекул на базе ионов рутения и органических веществ, которая была способна разлагать молекулы воды.
Это натолкнуло ученых на мысль, что они могут использовать рутений для создания полноценного искусственного фермента, расщепляющего воду на кислород и водород. Для этого, однако, исследователям нужно было создать новый каталитический центр, который бы исполнял все функции, которые в их прошлой разработке возлагались на несколько независимых друг от друга молекул.
Руководствуясь этой идеей, ученые изучили то, как органические молекулы, окружающие атомы рутения, влияют на характер взаимодействий между водой и центром катализатора. Эти опыты помогли химикам подобрать такую трехмерную форму "оболочки", окружающей ионы рутения, которая "мешала" молекуле воды занять неоптимальное положение, что максимизировало шансы на ее расщепление.
Впоследствии профессор Вюртнер и его коллеги синтезировали две разных формы этого катализатора, а также детально изучили их структуру и работу на практике. Эти опыты показали, что синтетический фермент действительно способен активно расщеплять воду столь же быстро, как это делает фотосистема-II. В ближайшее время ученые планируют использовать этот фермент для создания экспериментальной установки, расщепляющей воду при помощи энергии света.