Ученые из МФТИ в содружестве с коллегами из США изобрели необычный способ добычи водородного топлива с более высоким по сравнению с бензином или дизелем КПД при сгорании. Синтезированные учеными липид-белковые мембранные нанодиски (бактериородопсин) в сочетании с популярным фотокатализатором, оксидом титана (TiO2), производят водород из воды под действием света.
Ранее, чтобы получить светочувствительный мембранный белок бактериородопсин, пришлось бы выделять его из определенного типа мембран микроорганизма Halobacterium halobium. Под действием солнечного излучения бактериородопсин начинает выкачивать протоны из клетки вовне, за счет чего клетка усиленно производит аденозинтрифосфорную кислоту.
Сравнительно недавно появились технологии, позволяющие синтезировать мембранные белки в лабораторных условиях и вовсе без участия живых клеток. При помощи специального белка фосфолипиды (основные липиды, из которых состоят клеточные мембраны) заключаются в так называемые нанодиски, благодаря чему обретают целостную форму и способность к фотокатализу. А во взаимодействии с другим светочувствительным веществом - диоксидом титана - липид-белковые нанодиски значительно усиливают свою фотокаталитическую способность.
Нанодиски поместили вместе с кусочками диоксида титана в водный раствор, добавив туда же кусочки платины, улучшающей фотокатализ. За считаные часы диоксид титана и нанодиски слипались друг с другом - белок бактериородопсин впитывал свет и передавал энергию диоксиду титана, а также переносил протоны, отделившиеся за счет платинового катализатора при реакции восстановления. Чтобы восстановление происходило более динамично, ученые добавили в раствор небольшое количество метилового спирта, служившего источником электронов для свободных протонов, образовывавшихся при восстановлении. Для контроля получившуюся смесь вначале осветили зеленым светом, в результате чего смесь выделила небольшое количество водорода. Затем смесь поместили под белый свет, под которым водород непрерывно выделялся на протяжении двух-трех часов. В итоге его выделилось примерно в 74 раза больше, чем при зеленом освещении.