Группа исследователей из Массачусетского технологического института (США) под руководством Анжелы Белчер (Angela Belcher) нашла способ повторить в лабораторных условиях процессы, происходящие при фотолизе воды в растительной клетке. В результате такого расщепления молекул воды под действием солнечного света высвобождается большое количество водорода — перспективного топлива. Результаты работы опубликованы 11 апреля 2010 года в журнале Nature Nanotechnology.

В своей работе учёные использовали генетически-модифицированный бактериофаг М13 — безвредный для человека вирус, поражающий только бактерии. Во время реакции вирус модифицировался и «собирал» на себя наноразмерные компоненты, необходимые для фотолиза. Вирус связывался с молекулами оксида иридия, выступающих катализаторами, а также с клеточным пигментом цинк-порфирином, выполняющим роль антенн для улавливания света. Таким образом, вирус стал своеобразным проводником света от пигмента до каталитического реакционного центра. В результате получилась эффективная система для фотолиза воды.

Недостатком этой конструкции стала способность этих частиц со временем объединяться, что негативно отражалось на реакционной способности системы. Сотрудникам лаборатории удалось преодолеть это, инкапсулировав каждую самосборную частицу и закрепить на матриксе из микрогеля, что придало им стабильности на более продолжительное время.

Получение водорода — это более востребованная прикладная реакция, в частности в связи с активным развитием альтернативной энергетики. Однако на данном этапе исследования авторы работы обратили своё внимание на части процесса расщепления воды, в ходе которой выделяется свободный кислород. И вместо того, что бы заимствовать у растений компоненты для проведения фотолиза, специалисты решили имитировать сами методы.

В дальнейшем учёные планируют заменить дорогой иридиевый катализатор на более доступный. Кроме того, необходимо усовершенствовать систему для фотолиза, сосредоточившись непосредственно на реакции получения водорода. По словам Анжелы Белчер, возможно уже в течение ближайших двух лет им удастся создать прототип устройства, которое сможет полностью осуществить весь процесс расщепления воды на кислород и свободный водород.