Цель состоит в том, чтобы произвести водород с фотоэлектрохимическими (солнечными) клетками, используя свет, чтобы разделить воду. К сожалению, ломка обособленно молекул воды была, до сих пор, относительно неэффективна, и перекись водорода, сформированная, поскольку побочный продукт разъедает некоторые электроды, таким образом дальнейшее сокращение эффективности процесса.
Электронное вращениеИсследователи, во главе с преподавателями Роном Нааманом из Института Вейцмана и Бертом Майером из Технического университета Эйндховена, первые, чтобы определенно исследовать роль вращения – внутренний магнитный момент – электронов, вовлеченных в эти основные, основанные на кислороде химические реакции. Они выдвинули гипотезу, что, если бы оба вращения могли бы быть выровнены, формирование перекиси водорода не произошло бы, потому что стандартному состоянию перекиси водорода нужны два электрона с противоположными вращениями. Кислород, напротив, произведен, когда у электронов есть параллельные вращения.
Ожидания превышеныТайна к успеху была краской: исследователи покрыли один из фотоэлектрохимических электродов клетки – окисный титаном анод – с органической краской, содержащей chiral (молекулы, которые являются зеркальными отображениями друг друга), надмолекулярные структуры органической краски. Эти уникальные структуры позволили ученым ввести только электроны со своими вращениями, выровненными в определенном направлении в химическую реакцию.
Эта работа была основана на предыдущих результатах от группы лаборатории Наамана, демонстрируя, что передача электронов через chiral молекулы отборная, в зависимости от вращений электронов. «Эффект на разделение воды превысил наши ожидания», говорит Нааман. «Формирование перекиси водорода было почти полностью подавлено. Мы также видели значительное увеличение тока клетки. И потому что chiral молекулы очень распространены по своей природе, мы ожидаем, что у этого открытия может быть значение во многих областях исследования».Исследователи еще не в состоянии сказать точно, как хорошо это открытие может повысить эффективность водородного производства. «Наша цель состояла в том, чтобы быть в состоянии управлять реакцией и понять то, что точно продолжалось», объясняет Майер. «До некоторой степени это было вмешательством судьбы, потому что надмолекулярные структуры не были первоначально предназначены с этой целью.
Это идет, чтобы показать, как важная надмолекулярная химия как фундаментальная область исследования, и мы очень заняты, оптимизируя процесс».