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

 

Применение магнитных жидкостей: эксперимент по сбору нефтепродуктов
Применение магнитных жидкостей: эксперимент по сбору нефтепродуктов

Наносистемы: физика, химия, математика (2019, том 10, № 5)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume10/10-5
Там же можно скачать номер журнала целиком.

Заочный тур по комплексу предметов наноолимпиады открыт
Опубликованы задания заочного тура для школьников 7 - 11 классов по комплексу предметов "химия, физика, математика, биология" XIV Всероссийской Интернет-олимпиады по нанотехнологиям "Нанотехнологии - прорыв в будущее!".

Успехи химии - самый цитируемый российский научный журнал
Успехи химии - самый цитируемый российский научный журнал по данным Journal Citation Reports за 2018 г., импакт - фактор 4.612, пятилетний 4.263, квартиль Q1.

Лекция про Дмитрия Ивановича и Наномир на Фестивале науки
Е.А.Гудилин и др., Фестиваль науки
В дни Фестиваля науки «NAUKA 0+» на Химическом факультете МГУ ведущие ученые познакомили слушателей с самыми современными достижениями химии. Ниже приводится небольшой фоторепортаж 1 дня и расписание лекций.

Как правильно заряжать аккумулятор?
Д. М. Иткис
Химик Даниил Иткис о том, как правильно заряжать аккумуляторы гаджетов и почему телефон выключается на холоде

Постлитийионные аккумуляторы
В. А. Кривченко
Физик Виктор Кривченко о перспективных видах аккумуляторов, фундаментальных проблемах в производстве литий-серных источников тока и преимуществах постлитийионных аккумуляторов

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

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!



 
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.