Pro moderní dobu 21. století je charakteristická pokročilá technická vyspělost takřka ve všech vědních odvětvích. Přesto se však najdou momenty, kdy zdroje inspirací pochází z milionů let prověřené a aplikované přírodou. Jedním z takovýchto podnětů je i fotosyntéza.
Univerzálním zdrojem energie na Zemi je Slunce. Zelené rostliny se naučily během své evoluce velice efektivně zacházet se sluneční energii a ve svých listech ji dokáží proměňovat na energeticky bohaté cukry z jednoduchých látek, jako jsou oxid uhličitý a voda. Oxid uhličitý přitom podléhá hydrogenaci vodíkem, vzniklý fotolýzou vody. Fotosyntéza se stala obrovskou technologickou výzvou, pro vývoj čisté a obnovitelné formy energie, jako přímá náhrada pro stávající technologie využívající fosilní paliva. Využití vodíku jako recyklovatelného zdroje energie se jeví velice nadějným řešením i pro průmyslovou produkci.
Současné technologie výroby vodíku jsou energeticky příliš náročné, proto se hledají levnější a konkurence schopné alternativy. I když výzkum v této problematice začal na počátku sedmdesátých let minulého století1, nejnovější výsledky naznačují, že jedno z řešení se nabízí ve fotokatalytickém a fotoelektrochemickém štěpení vody za použití organických polovodivých materiálů a slunečního záření.
V takovýchto systémech se světelná energie proměňuje na chemickou energii, dochází k nárůstu volné Gibbsovy energie a následnému štěpení vody dle rovnice:
H2O + hν = H2 + ½ O2 ∆G° = 238 kJ mol-1
Fotokatalytické nebo fotoelektrochemické štěpení vody, má podobnost s fotosyntézou, která probíhá v zelených rostlinách, proto se také považuje za umělou fotosyntézu.
V současné době existuje více než 100 fotokatalytických systémů na bázi oxidů kovů, no většina z nich funguje jenom při exponaci UV zářením (λ < 400 nm). Efektivita takovýchto systému je pouhé 2 %, což koresponduje s efektivitou fotosyntézy v zelených rostlinách za běžných podmínek2. Pro maximální využití sluneční energie je snaha vědeckých týmů najít takové systémy, které by pracovali při vlnových délkách viditelného spektra (λ = 600–800 nm). Za těchto podmínek je očekávaný drastický nárůst efektivity štěpení vody z původních 2 % až na 16 % a v některých případech až na 32 %. Je zřejmé, že štěpení vody na vodík a kyslík pomocí slunečního záření je mimořádně atraktivní problematikou a nadále zůstává velkou výzvou již od doby objevení tohoto procesu (1972).
V naších laboratořích, probíhá intenzivní výzkum potenciálně využitelných materiálů na bázi thiofenu pro fotokatalytické štěpení vody s využitím bohatých zkušeností se syntézou molekul vykazující nízké hodnoty zakázaného pásu (low-bandgap) a současným zastoupením odpovídajících chromoforů, pro zlepšení optických vlastností materiálů a zvýšení efektivity získávání „zelené“ energie.
Literatura:
1. Fujishima A., Honda K., Nature, 1972, 238, 37
2. Sørensen B., Renewable Energy, Academic Press, 1979, 316
