Ископаемое топливо невозвобновляемо, низкоэффективно, неэкологично. Расширяется применение альтернативных возобновляемых источники энергии. Природный фотосинтез – тысячелетиями доказанный пример эффективности использования альтернативной энергии, производящий за счет энергии солнца из воды и CO2 органические соединения и O2, а в определенных условиях и H2. Cжигание Н2 дает максимум энергии среди других видов топлива и воду, экологически чистый продукт. Производство Н2 системами искусственного фотосинтеза - перспективная и приоритетная задача. Солнечная энергия может быть преобразована в электричество (в солнечных ячейках) или использована в системах генерации Н2 из воды. Мы исследуем создание и работу преобразователей солнечной энергии на основе компонентов фототрофов, позволяющих получать экологически чистую энергию. Нами создана оригинальная установка для анализа работы солнечных батарей на основе фотосинтетических систем в широком диапазоне температур и интенсивностей света. Получены оригинальные данные о "работе" солнечных батарей, способных генерировать фототок, на основе разных компонент фотосинтетического аппарата, включая тилакоиды и мембраны фотосистемы II, иммобилизованные на поверхности диоксида титана в разных условиях. Особое внимание уделено поиску эффективных катализаторов окисления воды, поскольку такие катализаторы являются ключевыми компонентами солнечных батарей, производящих молекулярный водород из воды на свету. Нами установлено, что наиболее эффективным катализатором окисления воды в условиях искусственного фотосинтеза является марганецсодержащий комплекс. Для получения фотоводорода мы модифицировали ФС1, в которой вторичный акцептор электрона, витамин К, замещен на платинизированный нафтохинон (PtNP), что повышает эффективность переноса электрона на электрод. С помощью этой модификации ФС1 удалось создать искусственную систему, способную эффективно генерировать молекулярный водород за счет энергии света.



Результаты получены в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (122050400128-1) и при поддержке Российского научного фонда (граны №19-14-00118; №22–44-08001).

Fossil fuels are non-renewable, inefficient, and environmentally unfriendly. The use of alternative renewable energy sources is increasing. Natural photosynthesis is a proven for thousands of years example of alternative energy efficiency, producing organic compounds and O2, and under certain conditions H2, from water and CO2 at the expense of solar energy. Burning H2 provides the maximum energy among other fuels and water, an environmentally friendly product. Production of H2 by artificial photosynthesis systems is a promising and high priority. Solar energy can be converted into electricity (in solar cells) or used in systems generating H2 from water. We are investigating the creation and operation of solar energy converters based on phototroph components to produce environmentally friendly energy. We created an original setup to analyze the operation of solar cells based on photosynthetic systems in a wide range of temperatures and light intensities. We have obtained original data on the "work" of solar cells capable of generating photocurrents, based on different components of the photosynthetic apparatus, including thylakoids and photosystem II membranes immobilized on the surface of titanium dioxide under different conditions. Particular attention is paid to the search for efficient catalysts for water oxidation, since such catalysts are key components of solar cells producing molecular hydrogen from water in the light. We found that the most effective catalyst for water oxidation under artificial photosynthesis conditions is a manganese-containing complex. To produce photohydrogen, we modified photosystem I (PSI) in which the secondary electron acceptor, vitamin K, was replaced with platinized naphthoquinone (PtNP), which increases the efficiency of electron transfer to the electrode. With this modification of PSI, it was possible to create an artificial system capable of efficiently generating molecular hydrogen at the expense of light energy.



The results were obtained under the state assignment of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (122050400128-1) and supported by the Russian Science Foundation (Grants No. 19-14-00118; No. 22-44-08001).