Во время фотосинтеза растения и другие организмы, такие как водоросли и цианобактерии, преобразуют солнечную энергию в химическую энергию, которая впоследствии может использоваться в качестве топлива для деятельности. У растений световая энергия солнца заставляет электрон быстро перемещаться через клеточную мембрану.
В искусственных солнечных элементах электрон часто возвращается в исходную точку, и захваченная солнечная энергия теряется. В растениях электрон практически никогда не возвращается в исходную точку, и поэтому улавливание солнечной энергии в растениях так эффективно. Процесс, называемый переносом электронов в перевернутой области, может способствовать ингибированию этого «обратного переноса электронов».Результаты этого исследования, опубликованные в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, предоставляют количественные доказательства того, что перенос электронов в перевернутой области ответственен за очень высокую эффективность, связанную с преобразованием солнечной энергии в фотосинтезе.
Теоретическая работа над этим явлением принесла доктору Рудольфу Маркусу Нобелевскую премию по химии 1992 года, но до сих пор этот механизм не был продемонстрирован в естественных фотосинтетических системах. Исследователи изучили центры реакции фотосинтеза у пресноводных цианобактерий Synechocystis, которые обладают тем же механизмом фотосинтеза, что и растения.«Мы смогли впервые раскрыть существование механизма, изобрав метод, позволяющий нам успешно проводить требуемые сложные эксперименты», — сказал доктор Гэри Гастингс, ведущий автор и профессор кафедры физики и астрономии в Джорджии.
Состояние. «Наши результаты указывают на новые способы разработки искусственных солнечных элементов, которые можно использовать, например, для производства газообразного водорода, который можно использовать в качестве чистого и возобновляемого топлива».Солнечная энергия, самый чистый и самый распространенный из доступных возобновляемых источников энергии, может быть преобразована в тепловую, химическую или электрическую энергию.
По словам Гастингса, за счет использования и преобразования крошечной доли солнечной энергии, ежегодно попадающей на Землю, можно утолить растущую потребность людей в энергии. Индустрия рынка солнечной энергии в Соединенных Штатах работает над увеличением производства солнечных технологий и снижением затрат, но, по данным Ассоциации производителей солнечной энергии, она сталкивается с некоторыми проблемами.«Растения сверхэффективно преобразуют солнечную энергию, значительно более эффективно, чем любые искусственные солнечные элементы», — сказал Гастингс. «При фотосинтезе входит свет, электрон движется через мембрану и не возвращается обратно.
Большая проблема искусственных систем состоит в том, что электрон действительно большую часть времени возвращается назад. преобразование солнечной энергии.«Детали, лежащие в основе эффективного преобразования солнечной энергии на заводах, плохо изучены.
Это прискорбно, поскольку подробные знания в этой области важны для помощи в поисках разработки экономически жизнеспособных искусственных преобразователей солнечной энергии. Наша работа позволила выявить один принцип конструкции, который играет важную роль. в эффективном преобразовании солнечной энергии на заводах, и есть надежда, что этот принцип может быть использован при разработке новых и более совершенных типов искусственных солнечных элементов ».