گام بلند دانشمندان در تولید برگ مصنوعی

دانش‌های بنیادی - دانشمندان دانشگاه ایالتی آریزونا به همراه محققانی از «آزمایشگاه ملی آرگون» آمریکا، پیشرفت‌های جدیدی را به سوی تکمیل‌ کردن برگ مصنوعی کاربردی ارائه داده‌اند.

به گزارش ایسنا، طراحی یک برگ مصنوعی که از انرژی خورشیدی برای تبدیل آب به صورت ارزان و کارآمد به هیدروژن و اکسیژن استفاده می‌کند، یکی از اهداف مهم حال حاضر پیش‌ روی جوامع علمی است.

هیدروژن در نوع خود سوختی مهم به شمار می‌آید و عاملی ایده‌آل در تولید سوخت‌های هیدروکربن نوری از مواد خام نفت سنگین است. جوامع به منبعی تجدیدپذیر نیاز دارند که به طور گسترد‌ه‌ای توزیع شده و همچنین فراوان، ارزان و از لحاظ محیطی پاک باشد.

برگ مصنوعی اولیه‌ای که محققان حاضر در این مطالعه طراحی کردند، دارای کارکرد مطلوبی نبود و بر اساس بررسی‌های انجام‌ شده در این سامانه گامی که در آن، یک واکنش شیمیایی سریع باید با واکنش شیمیایی کندی تعامل داشته باشد، کارآمد نبود. گام سریع، روندی است که در آن، انرژی نور به انرژی شیمیایی تبدیل شود و گام کند فرآیندی است که طی آن، انرژی شیمیایی برای تبدیل آب به اکسیژن و هیدروژن، به کار می‌رود.

دانشمندان با مطالعه دقیق‌تر شیوه غلبه طبیعت بر این مشکل در بخشی از فرآیند فتوسنتز که طی آن، آب برای تولید اکسیژن، اکسید می‌شود دریافتند طبیعت از گامی میانجی استفاده می‌کند. این گام میانجی شامل رله‌ای از الکترون‌ها بود که در آن، نیمی از رله با گام سریع به شیوه‌ای بهینه تعامل برقرار می‌کند تا نیازهای آن را برآورده کند و نیم دیگر رله زمان کافی برای انجام فرآیند کند اکسیداسیون آب به شیوه‌ای کارآمد، را در اختیار دارد.

دانشمندان برگی مصنوعی طراحی کرده‌اند که مبتنی بر این روند طبیعی بوده و سیستم حاصل پیشرفت قابل‌توجهی را در این زمینه به نمایش گذاشته شده است. هم‌اکنون نه تنها فرآیند تولید برگ مصنوعی ارتقا یافته بلکه محققان درک بهتری از چگونگی کارکرد برگ طبیعی دارند. این رویکرد گامی اساسی به سوی طراحی نوعی برگ مصنوعی است که انرژی لازم برای ارائه غذا، سوخت و فیبر مورد نیاز انسان‌ها را در اختیار می‌گذارد.

جزئیات این مطالعه در مجله Nature Chemistry منتشر شده است.