Но дублирование шагов в сложном электронном танце фотосинтеза остается одной из основных проблем и крупнейших возможностей для химиков.

В настоящее время наиболее эффективные доступные методы производства топлива — преимущественно водорода — из солнечного света и воды, включают редкие и дорогие металлические катализаторы, такие как платина. В новом исследовании ученые из Аргоннской национальной лаборатории при Министерстве энергетики США нашли более эффективный способ связи менее дорогого синтетического катализатора с содержанием кобальта с органической светочувствительной молекулой под названием хромофор.

Хотя кобальт значительно менее эффективен, чем платина, когда дело касается производства водорода, значительная разница в цене между этими двумя металлами делает кобальт очевидной альтернативой в качестве основы для синтетического катализатора, сообщила химик Карен Малфорт.

«От кобальта не требуется эффективность платины, поскольку он значительно дешевле ее», пояснила она.

Данное исследование впервые рассматривало кобальт как потенциальный каталитический материал. Был идентифицирован новый механизм, который связывает хромофор и катализатор. Предыдущие эксперименты с кобальтом представляли собой попытки соединить хромофор непосредственно с атомом кобальта в большей смеси, но это в итоге привело к прерыванию процесса выработки водорода.

Вместо этого в данном случае исследователи соединили хромофор с частью большего органического кольца, окружающего атом кобальта, что позволило реакции длиться значительно дольше.

«Если мы должны непосредственно связать хромофор и атом кобальта, многие из стимулируемых электронов быстро выпадают из возбужденного состояния обратно в основное состояние, до совершения передачи энергии», сказала Малфорт. „Соединяя эти два материала описанным способом, мы можем быть уверены в том, что электроны будут вести себя так, как требуется“.

Одно дополнительное преимущество работы с катализатором на основе кобальта, помимо его относительно низкой стоимости и доступности, заключается в том, что ученые понимают действие атомных механизмов.

«Существует масса различных путей, которые, как мы уже знаем, могут модифицировать катализаторы на основе кобальта, а это важно, поскольку нам необходимо изготавливать более прочные устройства», сказала Малфорт.

Будущие исследования в данной области могут вовлечь катализаторы на основе никеля и железа — металлов, которых в природе еще больше, чем кобальта, хотя их каталитическая эффективность не столь высока.

Результаты опубликованы в издании Physical Chemistry Chemical Physics.