Источник: Физика и научно-технический прогресс - 2007 / Тезисы докладов межвузовской студенческой конференции. - Донецк, ДонНТУ - 2007, с. 75.
Одним из путей преобразования солнечной энергии является моделирование первичной стадии природного фотосинтеза – разложения воды на молекулярный водород и кислород. Для проведения процесса фотолиза воды используются явления фотосенсибилизации и фотокатализа. Наиболее перспективными фотосенсибилизаторами и, одновременно, фотокатализаторами разложения воды в настоящее время считаются порфирины.
Порфирины – одни из широко распространенных в клетках пигментов, возникающих из порфина. Они входят в состав гемоглобина, миоглобина, цитохрома и хлорофилла, играя важную роль во многих окислительно-восстановительных реакциях, протекающих во всех живых организмах. В природе порфирин в чистом виде практически не встречается. Входя в состав хлорофилла, он участвует в фотокаталитическом процессе природного растительного фотосинтеза, при этом для получения одной молекулы кислорода расходуется 8 квантов света.
Порфирин и сам является фотосенсибилизатором и фотокатализатором в комплексе с металлами. С помощью него можно производить не только реакции фотосинтеза, но и реакции фоторазложения (фотолиза) воды на её составляющие:
Для проведения данной реакции используется всего 4 кванта света (в отличии от природного фотосинтеза), и эта упрощенная четырехквантовая схема процесса разложения воды использует практически весь спектр солнечного излучения.
В 2005 году в Сандийской лаборатории Минэнерго США были разработаны очень интересные фотокатализаторы на основе порфиринов. Порфирины имеют свойство собираться в нанотрубки диаметром 50…70 нм. Так, порфириновую нанотрубку покрыли тончайшим слоем платины, а внутри трубки вырастили золотую нанопроволоку, к концам которой присоединили наночастицу катализатора, отщепляющего от молекулы воды кислород. Получилась электрохимическая наноячейка, где золотая проволока проводит электроны между участками получения кислорода и водорода. Данные наночастицы используют весь спектр солнечного излучения. Сейчас также ведутся исследования не только с порфиринами, но и хинонами и фталоцианинами, которые по некоторым характеристикам даже превосходят порфирины.