Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Рисунок с сайта: gazeta.ru
ФОТО: iStockPhoto

Биогибридный фотоэлемент из шпината

Ключевые слова:  Белок PS1, кремний, фотоэлемент, шпинат

Опубликовал(а):  Balabanov Victor

06 сентября 2012

"Шпинат дал ток". Текст: Григорий Колпаков. Наука. gazeta.ru.

Создана шпинатовая солнечная батарея, превращающая свет в электричество намного эффективнее существующих биогибридных устройств сходного типа.

Во второй раз за этот год ученые подтверждают правоту моряка Папайи, диснеевского героя, считавшего шпинат самым полезным продуктом в мире. Но если недавно шведскими биологами было доказано, что шпинат действительно увеличивает мышечную силу, то теперь эта трава показала себя с совершенно неожиданной стороны. С ее помощью химики США из Университета Вандербильта сумели создать фотоэлемент, который превращает свет в электричество намного эффективнее существующих «биогибридных» устройств сходного типа.

В последнем номере журнала Advanced Materials исследователи рассказывают, что им удалось создать «биогибридный» солнечный элемент, соединив кремний и белок шпината, участвующий в фотосинтезе.

Белок называется PS1 и он действительно уникален. Открыт он был более сорока лет назад и сразу привлек к себе внимание тем, что, даже будучи изолирован, продолжает превращать солнечный свет в электрическую энергию, причем делает это почти со стопроцентным КПД. Напомним, что даже сегодня КПД самых продвинутых фотоэлементов не превышает 40 процентов.

Дополнительным преимуществом фотоэлементов на основе PS1 была их дешевизна: для их изготовления не потребовались бы такие дорогостоящие материалы, как платина или индий.

Поэтому именно тогда, сорок лет назад во многих лабораториях мира и начались первые попытки использовать белок PS1 для получения электричества.

Проблема оказалась не из легких, так как в качестве фотоэлемента PS1 не выдерживал критики. Во-первых, получаемое с его помощью электричество сильно уступало в мощности коммерческим фотоэлементам. Во-вторых, белок распадался уже через пару недель работы. Правда, с этой второй проблемой группе из Университета Вандербильта удалось частично справиться еще в 2010-м году – тогда им удалось создать «шпинатовую» солнечную батарею, способную работать до девяти месяцев. По словам Дэвида Клиффела, одного из главных авторов статьи в Advanced Materials, они никогда не сомневались, что можно достигнуть с куда более впечатляющим сроком службы, надо только следовать за природой. «Природа очень хорошо знает, как это сделать, - говорит он. – В вечнозеленых растениях такой белок живет годами, и нам остается только понять, как это делается».

И наконец произошел прорыв – вандербильтовской группе удалось наладить контакт PS1 с кремнием до такой степени, что уже появилась возможность говорить о коммерческом будущем новой солнечной батареи.

«Эта комбинация производит ток, почти в тысячу раз превышающий то, что нам удавалось получать, соединяя этот белок с различными металлами. Она также создает несколько большее напряжение», объясняет Клиффелл. Иначе говоря, новый «шпинатовый» фотоэлемент позволил снимать с одного квадратного сантиметра ток величиной 850 микроампер при напряжении 0,3 вольта.

Секрет успеха заключается в присадках, меняющих электрические свойства кремниевой подложки.

Выяснилось, что PS1 предпочитает кремний, поверхность которого заряжена положительно. Чтобы создать из этой комбинации солнечную батарею, ученые выделяли белок из листьев шпината, растворяли его в воде и обливали этим раствором кремниевую подложку. Затем они помещали ее в вакуумную камеру, где вода испарялась, оставляя на поверхности кремния тонкую белковую пленку. Методом проб и ошибок было выяснено, что оптимальная толщина этой пленки должна составлять около микрона.

PS1 встречается отнюдь не только в шпинате. Это универсальный протеин, и его шпинатовое происхождение в известной мере случайно. Группа Клиффела, например, уже планирует поэкспериментировать с PS1, выделенным из растения кудзу.




Комментарии
Настовьяк Артём Евгеньевич, 06 сентября 2012 09:31 
"Иначе говоря, новый «шпинатовый» фотоэлемент позволил снимать с одного квадратного сантиметра ток величиной 850 микроампер при напряжении 0,3 вольта."

т.е. КПД элемента около 0.255% ? Это очень перспективная технология
Balabanov Victor, 06 сентября 2012 14:49 
На мой взгляд, важен экологический аспект их получения из возобновляемых биологических компонетов, а также возможность последующей переработки (утилизации) фотоэлектрических элементов.
Угу.
А кремний тоже биотехнологически получается?
Balabanov Victor, 07 сентября 2012 08:23 
Не всё сразу...
Антонов Алекс, 07 сентября 2012 11:17 
Наконец- то знаменитый биобензин Е10 признан несоответствующим своим показателям и более чем вредным.
Любопытно: ископаемое ( fossil) топливо образовывалось многие столетия, с минимально возможными затратами энергии на его преобразование.
Каким образом можно вклиниться в этот процесс?
Получить новый источник энергии, не затратив ещё большее?



Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Механистический материализм (мечта футуристов - нанотехнологов - окаменевший скелет шагающего наноробота, XXI в.н.э.)
Механистический материализм (мечта футуристов - нанотехнологов - окаменевший скелет шагающего наноробота, XXI в.н.э.)

VIII Международная Конференция «Деформация и разрушение материалов и наноматериалов»
VIII Международная Конференция «Деформация и разрушение материалов и наноматериалов» (http://dfmn.imetran.ru/) пройдет в Москве (ИМЕТ РАН) с 19 по 22 ноября 2019 г. В рамках Конференции пройдет Молодежная школа-конференция.

Более 770 площадок пожелали присоединиться к Всероссийскому химическому диктанту с международным участием 18 мая
Более 770 площадок подали заявки на участие во II Всероссийском химическом диктанте, который в этом году пройдет с международным участием 18 мая в 13:00. Мероприятие организовано Московским государственным университетом имени М.В. Ломоносова, Химическим факультетом МГУ и корпорацией «Российский учебник» при поддержке Ассоциации учителей и преподавателей химии.

Найдены превращающие свет в электричество камни
Ученые обнаружили возникновение электрического тока в неорганических системах, что напоминает первые этапы усваивания энергии Солнца бактериями и растениями в процессе фотосинтеза. Открытое явление протекает в различных минералах и почвах. В отличие от обычного фотосинтеза, в данном случае участвуют только неорганические соединения, которые не имеют отношения к деятельности живых форм.

Материалы к защитам магистерских квалификационных работ на ФНМ МГУ в 2019 году
Семенова Анна Александровна
21-24 мая 2019 года в лабораторном корпусе Б пройдут защиты магистерских диссертаций выпускниками ФНМ МГУ.

«Наука открывает огромные просторы для творчества»
Яна Хлюстова, Екатерина Мищенко
Об олимпиадах школьников и начале научного пути в интервью Indicator.Ru рассказала Екатерина Жигилева, студентка второго курса химического факультета МГУ им. Ломоносова.

Интервью с Константином Козловым - абсолютным победителем XIII Наноолимпиады
Семенова Анна Александровна
Школьник 11 класса Константин Козлов (г. Москва) стал абсолютным победителем Олимпиады "Нанотехнологии - прорыв в будущее!" 2018/2019 по комплексу предметов "физика, химия, математика, биология". О своих впечатлениях, увлечениях и немного о планах на будущее Константин поделился с нами в интервью.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.