Нанотрубки ведут к фотосинтезу

Топливная энергетика, ежедневно сжигающая тонны органических материалов, разрушает то, что природа создавала годами. В основе и того и другого процесса лежит превращение энергии. В первом случае – химических связей в тепло, а потом и в электричество. Альтернативные методы позволяют «пускать по проводам» силу ветра, волнение мирового океана и даже тепло гейзеров и вулканов.

Уже миллиарды лет назад природа достигла гораздо большего, создав зелёные растения. И хотя с помощью многочисленных уловок человечество научилось достаточно эффективно использовать силу солнечного света, до фотосинтеза нам ещё далеко. Сяньфу Чжан и его коллеги сделали еще один шаг на пути к искусственному фотосинтезу. Как водится в альтернативной энергетике последних лет, без нановещества не обошлось.

В отличие от своих предшественников, использовавших наноструктуры для катализа или запасания водорода,

Чжан предложил углеродные нанотрубки для сохранения электронов.

Дело в том, что в ходе фотосинтеза хлорофилл, каротиноиды и фикобилины поглощают фотоны света разной длины волны. В результате молекулы переходят в возбужденное состояние, заканчивающееся отдачей электрона. Проблема в том, что одновременно необходимы 4 кванта света, за счёт чего окисляются 2 молекулы воды.

Для искусственного фотосинтеза необходима система, способная поглощать кванты видимого света и одновременно высвобождать несколько электронов, а кроме того содержащая приемник, способный сохранять упомянутую элементарную частицу. Именно поэтому проблему было тяжело решить до сегодняшнего дня – существовали системы, способные выделять и сохранять только один электрон единовременно.

Углеродная нанотрубка запасает один электрон на каждые 32 атома углерода. Хотя это число кажется не таким большим, даже короткая нанотрубка обладает достаточными возможностями для хранения. В качестве молекул, поглощающих свет и выделяющих электрон, учёные выбрали фталоцианины – пигменты, хорошо образующие комплексы с другими веществами.

Каждая молекула пигмента способна выделить только один электрон, зато длина нанотрубки в 1 микрометр позволила ковалентно присоединить целых 120 фталоцианинов.

«Запасник» оказался слабей «приемника» – только 25% электронов поместились в углеродном скелете.

«Пока мы использовали эту систему для эффективной трансформации солнечной энергии в электричество», — отметил Чжан в интервью New Scientist. Но уже скоро они планируют использовать свою наноразработку в качестве ключевого компонента для искусственного фотосинтеза.

По крайней мере первый шаг уже сделан – энергия Солнца запасена. Осталось только научиться превращать её в органические вещества – например, углеводороды. А то, что при этом связывается углекислый газ, безусловно, делает эти исследования весьма актуальными: создав такую систему, человечество получит шанс повернуть историю, последние столетия которой были наполнены безудержными выбросами CO₂ в атмосферу, вспять. И хотя о восстановлении запасов нефти, газа и каменного угля пока никто не говорит, утилизация углекислого газа из атмосферы станет достойным дополнением экологически чистому электричеству.

Коллеги уже успели высоко оценить находку Чжана. «Многие исследователи, работающие в этой области, не уделяют внимания основной проблеме – тому, что для фотосинтеза одновременно необходимо много электронов… Я думаю, что учёные поступили очень правильно, сделав это своей основной задачей», — подытожил один из ведущих специалистов по фотосинтезу, Джеймс Барбер из Имперского колледжа Лондона.

«Журналисты всё опять переврали»

Недовольство учёных работой журналистов, которые «всегда всё перевирают», оказалось таким же мифом, как каналы на Марсе или, скажем, гигантские крысы в московском метро.

Опрос почти полутора тысяч учёных, результаты которого опубликованы в последнем номере Science, показал, что больше половины из них довольны освещением своей работы в прессе и общением с её представителями. В целом недовольными таким общением оказались лишь 6% опрошенных. Среди политиков недовольных освещением своей деятельности в прессе, кстати, в несколько раз больше.

Ханс Петер Петерс из Юлихского исследовательского центра в германской земле Северный Рейн – Вестфалия и его коллеги преследовали цель не только успокоить учёных, журналистов и публику, которая зачастую также воспринимает публикации о науке в популярной прессе как искажение её реальных результатов. Исследователи попытались выяснить мотивацию обращения к прессе у тех, кто с готовностью это делает, и причины, сдерживающие такое взаимодействие у представителей противоположного лагеря учёных.

Как оказалось, большая часть исследователей смотрит на прессу как средство «образовывать» публику, донося до неё информацию о развитии своей науки. Все опрошенные были эпидемиологами или исследователями стволовых клеток, однако Петерс и его коллеги полагают, что примерно такие же результаты появились бы и при опросе учёных из других областей науки.

Удерживает от общения с прессой, как ни странно, тот самый распространённый в научной среде миф, который новая публикация в Science пытается развеять. Почти половина учёных полагают, что популярное изложение их работы вызовет негативную реакцию со стороны их коллег, которые примут упрощения за неточности, а сами контакты с прессой посчитают попыткой использовать «запретные» для учёных методы влияния на общественное мнение или развитие собственной карьеры.

Вместе с тем, другая половина почти так же единодушно считает, что популярные статьи об их работе, напротив, повысят их статус в научном сообществе, и признаются, что вынесение своей работы на публику повышает шансы получения грантов и карьерного продвижения.

Авторы опубликованной в Science работы отмечают, что многие учёные не до конца понимают разницу между принципами функционирования науки, подразумевающими постепенное развитие маленькими шажками, и работу прессы, которой постоянно нужны новости, прорывы и какие-то важные изменения.

Кроме того, ключевое отличие научной прессы от всякой другой в том, что в ней практически не находится место критике и сомнениям, составляющим значительную часть статей, к примеру, политических. В научных же статьях журналист вынужден полагаться на мнение автора работы, о которой он пишет, и его коллег, которые уже выразили положительное к ней отношение через процесс рецензирования при публикации работы. А о работах, к публикации не принятых, учёные стараются не распространяться – если только они не предлагают категорически «альтернативный» взгляд на ту или иную область науки.

Кстати, анализ популярных публикаций выявил, что, опять же, вопреки распространённому мнению, журналисты уделяют маргиналам далеко не основное внимание – в поле зрения прессы попадают по большей части успешные учёные, а рассказы о маргиналах – большая редкость.

Опрос проводился среди сотрудников научных учреждений Великобритании, Германии, США, Франции и Японии. Самыми открытыми для прессы оказались американцы и немцы, самыми опасливыми – японцы. Интересно было бы узнать, где на этой шкале находятся российские учёные и российские популяризаторы науки.