Fra bobler til brændstof:Kan denne specielle sæbefilm snart muliggøre kunstig fotosyntese?

En sæbefilm med kemisk adskilte sider repræsenterer det seneste gennembrud inden for forskning ledet af kemiker Sylvestre Bonnet. Denne unikke sæbefilm udgør sammen med en innovativ enhed, der er i stand til løbende at producere nye sæbefilm, en afgørende brik i puslespillet for udviklingen af ​​kunstig fotosyntese. Undersøgelsen er offentliggjort i Physical Review Letters .

Planter besidder en unik evne:Giv dem nok ilt og vand, og ved hjælp af sollys omdanner de disse ingredienser til ilt og sukker, deres energikilde. Forskere udforsker måder at efterligne denne proces med det formål at producere bæredygtigt brændstof i stedet for sukker ved hjælp af lysfølsomme molekyler.

Dette kunne opnås på forskellige måder. Men i SoFia-projektet, der blev afsluttet i sommeren 2023, fokuserede Bonnet og hans kolleger på sæbefilm.

"Her efterligner vi membranen og lysfølsomme molekyler, som en plante bruger til fotosyntese," forklarer han. "Sæbe er et billigt materiale, og det kræver lidt energi at skabe sæbefilmene."

Det endelige mål er at producere kulilte (CO). Bonnet udtaler:"En afgørende ingrediens for syngas - en blanding af kulilte og brintgas - denne gasblanding kan derefter omdannes tilbage til flydende brændstof, velegnet til køretøjer."

Holdet udviklede en maskine, der tilføjer lysfølsomme molekyler til sæben og derefter producerer en kontinuerlig strøm af ensartede sæbebobler. Under påvirkning af lys, og under de rette forhold, kan fotosyntese i sidste ende ske på sæbefilmene af disse bobler. Hvis det lykkes, adskilles slutprodukterne af den fotokemiske reaktion automatisk i bunden af ​​enheden.

Der var dog et problem:Fotosyntese kræver en sæbefilm, der er kemisk forskellig på begge sider. "Det er et grundlæggende aspekt i naturen," forklarer Bonnet. "Når man omdanner energi til en anden form for energi, kræves der asymmetri. En plantes cellemembran er også asymmetrisk, ligesom vores hud er det. I større skala kan man tænke på en motor, hvor kemisk energi omdannes til bevægelse. En motor kører altid i én retning."

Hvordan tilpasser man en sæbefilm uden at gå i stykker?

Naturligvis er siderne af en sæbefilm kemisk identiske. Forskerne måtte finde en måde at ændre kemien på uden at bryde den skrøbelige sæbefilm eller med andre ord uden at få boblerne til at briste.

Bonnet forklarer, "Vi var nødt til at anvende forskellige molekyler på begge sider, men det var ret udfordrende. Da vi prøvede med en pipette, sprang boblerne. Til sidst brugte vi en speciel tågespray lavet af kollega Cees van Rijn fra universitetet Med den spray kunne vi forsigtigt påføre vores lysfølsomme molekyler på sæbefilmen. Spektrometri bekræftede, at de to sider af den resulterende sæbefilm virkelig er forskellige."

Nu er der en maskine, der automatisk producerer sæbefilm og en teknik til kemisk at forberede disse film til fotosyntese. "Vi har også eksperimenteret med at producere brint gennem skinnende blåt lys på fotokatalytisk skum," tilføjer Bonnet.

"Vi er nu nødt til at kombinere disse tre trin. Det ultimative mål:en maskine, der skaber asymmetriske sæbefilm. At når man skinner lys på den, leverer den brændstof på den ene side og ilt på den anden. Det er ret revolutionerende og ambitiøst. Men vi har allerede flere afgørende brikker i puslespillet og er på rette vej."

Flere oplysninger: Nidhi Kaul et al., Realizing Symmetri-Breaking Architectures in Soap Films, Physical Review Letters (2024). DOI:10.1103/PhysRevLett.132.028201

Journaloplysninger: Physical Review Letters

Leveret af Leiden University