ساخت نانوراکتور خورشیدی که هیدروژن پاک تولید می‌کند

به گزارش روز یکشنبه گروه علمی ایرنا از ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، نتایج این طرح در قالب مقاله‌ای با عنوان Light-Driven Hybrid Nanoreactor Harnessing the Synergy of Carboxysomes and Organic Frameworks for Efficient Hydrogen Production (نانوراکتور هیبریدی نور محور با استفاده از هم‌افزایی کربوکسیزوم‌ها و چارچوب‌های آلی برای تولید هیدروژن کارآمد) در نشریه بین‌المللی ACS Catalysis (کاتالیست انجمن شیمی آمریکا) منتشر شده است.این یافته‌ها پیشرفت قابل ملاحظه‌ای در حوزه مهندسی زیست‌شناسی و انرژی پایدار محسوب می‌شود.

در این طرح، فتوکاتالیست مصنوعی جدیدی معرفی می‌شود که به مساله به‌کارگیری نور خورشید برای تولید سوخت می‌پردازد. در حالی که سیستم‌های فتوسنتزی طبیعی برای بهینه‌سازی جذب نور خورشید تکامل یافته‌اند، اما سیستم‌های مصنوعی برای دستیابی به کارایی مشابه با سیستم‌های طبیعی با مشکلاتی روبه‌رو هستند.

نانوراکتور هیبریدی این تیم از ترکیب اجزای زیستی و مصنوعی تشکیل شده است. در این نانوراکتور، از یک پوسته استخراج شده از باکتری به نام آلفاکربوکسیزوم استفاده شده و این پوسته با یک نیمه‌رسانای آلی میکرو متخلخل ادغام شده است.

پوسته‌های کربوکسیزومی از آنزیم‌های هیدروژناز محافظت می‌کنند که در تولید هیدروژن بسیار کارآمد هستند اما در برابر غیرفعال شدن توسط اکسیژن آسیب‌پذیر هستند. کپسوله‌کردن باعث می‌شود که آنزیم‌ها فعال و موثر باقی بمانند.

پروفسور لونینگ لیو، رئیس بیوانرژیک میکروبی و مهندسی زیستی در دانشگاه لیورپول با همکاری پروفسور اندی کوپر از گروه شیمی و مدیر کارخانه نوآوری مواد دانشگاه لیورپول، این پروژه را انجام داده است.

تیم آن‌ها یک نیمه‌هادی آلی میکرو متخلخل طراحی کردند که به عنوان آنتن جمع‌آوری نور عمل می‌کند. این ماده نور مرئی را جذب می‌کند و اکسیتون‌های حاصل را بیوکاتالیست کرده و تولید هیدروژن را امکان‌پذیر می‌کند.

لونینگ لو، استاد دانشگاه لیورپول می‌گوید: ما با تقلید از ساختارها و عملکردهای پیچیده فتوسنتز طبیعی، یک نانوراکتور هیبریدی ایجاد کرده‌ایم که جذب نور گسترده و کارایی تولید اکسایتون مواد مصنوعی را با قدرت کاتالیزوری آنزیم‌های بیولوژیکی ترکیب می‌کند. این هم‌افزایی امکان تولید هیدروژن را با استفاده از نور به عنوان منبع انرژی فراهم می‌کند.

این مطالعه پیامدهای مهمی دارد و ممکن است اتکا به فلزات گران‌قیمت مانند پلاتین را با ارائه جایگزین مقرون‌به‌صرفه‌تری برای فوتوکاتالیست‌های مصنوعی معمولی و در عین حال حفظ کارایی قابل مقایسه، کاهش دهد.

این نوآوری پایه‌ای برای تولید هیدروژن پایدار فراهم می‌کند و می‌تواند در طیف وسیعی از فرآیندهای بیوتکنولوژیکی دیگر اعمال شود.