Исследователи из Аргоннской национальной лаборатории и Йельского университета, сделав важный шаг на пути к решениям в области устойчивой энергетики, раскрыли сложную структуру биогибридного катализатора, который превращает свет в водородное топливо.
Этот катализатор объединяет фотосистему I (PSI) с наночастицами платины и имеет потенциал произвести революцию в производстве чистой энергии за счет эффективного получения водородного топлива.
Фотосинтез — процесс, посредством которого растения и другие организмы преобразуют солнечный свет в химическую энергию, — основан на сложных белковых комплексах, известных как фотосистемы.
«В процессе фотосинтеза поглощение солнечного света приводит к накоплению электронов с низким потенциалом, которые запускают метаболические процессы, что приводит к сохранению энергии в химических связях», — пояснили исследователи в своем исследовании.
PSI, известный своей эффективностью в улавливании и преобразовании световой энергии, может переносить электроны на наночастицы платины, способствуя производству газообразного водорода — чистого и ценного источника энергии.
Визуализация биогибридной структуры
Опираясь на более чем десятилетние исследования, начатые в Аргонне, группа использовала криогенную электронную микроскопию (крио-ЭМ) для получения первой визуализации этой биогибридной структуры с высоким разрешением.
«Было действительно волнительно теперь напрямую взглянуть на систему, над которой мы работали 13 лет», — заявила Лиза Утшиг, химик из Аргонна, сыгравшая ключевую роль в этом проекте.
Подробный структурный анализ выявил точное расположение и конфигурацию наночастиц платины, связанных с PSI.
«Хотя несколько исследований изучали свойства био гибридных катализаторов PSI, исследователи не знали, где нано частицы платины прикрепляются к белку», — отметили исследователи в пресс-релизе. .
Неожиданные сайты связывания
Вопреки предыдущим гипотезам, в ходе последних исследований было обнаружено, что наночастицы платины связываются в двух различных участках комплекса PSI.
«Мы предположили, что наночастицы связываются там, где соединяются партнеры PSI по переносу электронов», — подчеркнул Утшиг.
«Но структура показывает, что на самом деле есть два участка. И это было большим сюрпризом».
Это неожиданное открытие дает важную информацию о механизме производства водорода. и закладывает основу для оптимизации производительности катализатора.
Структурные данные, полученные в ходе данного исследования, будут иметь решающее значение для определения направлений будущих усилий по повышению эффективности этого перспективного биогибридного катализатора.
Значение для будущих исследований
Имея эту исчерпывающую структурную информацию, исследователи теперь могут приступить к систематической разработке биогибрида.
«Удивительно видеть биоэнергию на молекулярном уровне и видеть, как искусственная частица и природный белок объединяются для создания энергии», — отметил Утшиг.
Изменяя свойства белка PSI и регулируя характеристики платиновых наночастиц, они стремятся оптимизировать взаимодействие между этими компонентами и максимизировать выработку водорода.
Это исследование представляет собой важный шаг на пути к использованию возможностей фотосинтеза для получения чистой энергии.
«Располагая структурной информацией, это достижение открывает исследователям возможность разработки биогибридных солнечных топливных систем с улучшенными характеристиками, которые станут устойчивой альтернативой традиционным источникам энергии», — говорится в пресс-релизе.
Разработка эффективных биогибридных катализаторов открывает огромные перспективы для создания устойчивого энергетического будущего и смягчения воздействия традиционных источников энергии на окружающую среду.
Прочитайте что такое взгляд в будущее