Forskare beskriver designen av ett PSI-GNP-PSII-konjugat som skulle kunna användas som en plattform för att utveckla en ljusdriven, vattendelande nanoenhet för att generera väte, i biomedicinsk spektroskopi och bildbehandling

Solenergi anses av vissa vara den ultimata lösningen för att hantera den nuvarande energikrisen och den globala uppvärmningen och de miljökriser som orsakas av överdriven konsumtion av fossila bränslen. Dock, denna rena och outtömliga energikälla är svår att fånga och lagra. I en ny studie, forskare föreslår att man använder solenergi för att producera väte genom att klyva vatten, rapporterar Biomedicinsk spektroskopi och bildbehandling .

Väte är en ren, flexibel energibärare främst framställd av fossila bränslen. Med ett annat tillvägagångssätt, forskare tittade på hur växter och andra organismer använder fotosyntes för att omvandla ljusenergi till kemisk energi som kan lagras och senare frigöras efter behov för att underblåsa organismernas aktiviteter. De designade ett guld nanopartikelkonjugat som kunde användas som en plattform för att utveckla ett semi-artificiellt fotosyntessystem med hjälp av en ljusdriven, vattendelande nanoenhet för att generera väte.

"Fotosyntes i växter och alger är ett effektivt sätt att omvandla ljus och energi för att producera lagringsbar kemisk energi, " förklarade huvudutredaren Takumi Noguchi, Ph.D., Avdelningen för materialvetenskap, Graduate School of Science, Nagoya University, Nagoya, Japan. "Artificiell fotosyntes, som efterliknar naturlig fotosyntes men direkt genererar bränslen som alkoholer och väte snarare än socker, kan vara nyckeln till att lösa vårt energiproblem."

I den här studien, forskare satte samman cyanobakteriella fotosystem I (PSI) och fotosystem II (PSII) komplex på en guldnanopartikel (GNP) för att generera ett PSI-GNP-PSII-konjugat genom genetiskt modifierade histidintaggar fästa vid PSI- och PSII-proteinerna, som syftar till utvecklingen av ett vattensplittrande nanosystem. De sattes ihop genom att modifiera metoden för framställning av ett PSII-GNP-konjugat. Enpartikelfluorescensmätning med användning av ett kryogent mikroskop såväl som konventionella optiska absorptions- och fluorescensmätningar gav definitiva bevis för att både PSI- och PSII-komplex är bundna till en enda GNP i det genererade PSI-GNP-PSII-konjugatet.

Denna forskargrupp hade tidigare visat att PSII-kärnkomplex behöll den syreutvecklande aktiviteten i PSII-GNP-konjugat, där PSII-komplexen är bundna till GNP på elektronacceptorsidan. Det har också rapporterats att PSI-komplex kan utveckla väte vid bestrålning med hjälp av elektroner från offerelektrondonatorer när de kopplas till platinananopartiklar.

"Således, PSI-GNP-PSII-konjugatet som vi genererade i denna studie kan vara en användbar plattform för vidareutveckling av en ljusdriven, vattendelande nanoenhet för produktion av väte från vatten med hjälp av solenergi, " avslutade Dr Noguchi.