способ получения молекулярного водорода

Формула изобретения

Способ получения молекулярного водорода путем разложения воды при прохождении электрического тока между помещенными в воду электродами, отличающийся тем, что электрический ток возникает между электродами при соединении их проводником и непрерывном освещении солнечным светом одного из электродов, который выполнен в виде пористой проницаемой для водорода токопроводящей подложки, покрытой пленкой ориентированных в одну сторону пурпурных мембран, содержащих молекулы бактериородопсина, которые осуществляют направленный перенос иона водорода - протона.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электрохимии и может быть использовано для получения молекулярного водорода электролизом воды за счет энергии солнечного света без внешнего источника электрического тока.

Из уровня техники известен способ получения водорода разложением воды под действием электрического тока при приложении к погруженным в воду электродам от внешнего источника тока постоянного напряжения выше значения электрохимического потенциала разложения (Химическая энциклопедия, изд. «Советская энциклопедия», Москва, 1998 г. Статья «Водород», раздел «Получение водорода»). В результате электролиза на катоде выделяется восстановленный водород, а на аноде - кислород.

Недостатком данного способа является необходимость использования электролита, например концентрированного водного раствора КОН, протекание процесса электролиза при высоком давлении и наличие внешнего источника электрического тока.

Изобретение направлено на создание технологически простого, экологически чистого и безопасного способа получения водорода с использованием энергии солнечного света без внешнего источника электрического тока.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в способе получения молекулярного водорода путем разложения воды при прохождении электрического тока между помещенными в воду электродами согласно изобретению электрический ток возникает между электродами при соединении их проводником и непрерывном освещении солнечным светом одного из электродов, который выполнен в виде пористой проницаемой для водорода токопроводящей подложки, покрытой пленкой ориентированных в одну сторону пурпурных мембран, содержащих молекулы бактериородопсина, которые осуществляют направленный перенос иона водорода - протона.

Возможность получения молекулярного водорода путем заявленного «биоэлектролиза» воды без внешнего источника электрического тока обусловлена основным свойством бактериородопсина - светочувствительного белка галобактерий Halobacterium salenarium, в клеточные мембраны, называемые пурпурными мембранами, в которых он встроен, осуществлять направленный перенос протона - иона водорода - изнутри наружу на эндоплазматическую сторону пурпурной мембраны в процессе естественного фотоцикла под действием энергии солнечного света.

На чертеже схематично представлен общий вид установки для реализации заявленного способа.

Установка для получения молекулярного водорода путем разложения воды содержит электрохимическую ячейку 1 из прозрачного материала, например стекла, заполненную водой 2, в которую погружены электрод 3, выполненный в виде пористой проницаемой для водорода токопроводящей подложки (например, в виде пористой платиновой пластины или стеклянной подложки с нанесенным на нее слоем оксида олова, легированного оксидом индия), покрытой пленкой 4 ориентированных в одну сторону пурпурных мембран, содержащих молекулы бактериородопсина, и электрод 5, выполненный в виде платиновой или никелевой пластины, при этом электроды 3 и 5 соединены между собой внешним проводником 6. Ориентацию пурпурных мембран и соответственно молекул бактериородопсина, которые упорядоченно относительно друг друга расположены в двухмерной кристаллической структуре последних в одну сторону, а именно эндоплазматической стороной к поверхности токопроводящей подложки электрода 3, можно осуществить, например, путем электрофоретического осаждения. Для получения пленки ориентированных пурпурных мембран используют водную суспензию бактериородопсина штамма D96N с концентрацией 3 мг/мл.

Способ получения молекулярного водорода путем разложения воды осуществляется следующим образом.

При освещении солнечным светом осажденной на пористой токопроводящей подложке электрода 3 пленки 4 ориентированных пурпурных мембран и соответственно молекул бактериородопсина в процессе естественного фотоцикла под действием энергии света в полосе поглощения основного состояния полушириной 130 нм с максимумом вблизи 570 нм фотохромный белок бактериородопсина начинает осуществлять направленный перенос ионов водорода - протонов - изнутри наружу на эндоплазматическую сторону пурпурной мембраны, в результате чего происходит скапливание ионов на электроде 3 и между погруженными в воду 2 электродами 3 и 5 возникает разность потенциалов. При замыкании проводником 6 электродов 3 и 5 между ними в воде 2 протекает электрический ток и происходят процессы электрохимического восстановления - окисления с выделением на пористой токопроводящей подложке электрода 3 водорода и соответственно кислорода на электроде 5.

Таким образом, заявленный способ обеспечивает получение водорода электролизом воды за счет солнечной энергии без внешнего источника электрического тока, при этом бактериородопсин - экологически чистый материал, не требующий обслуживания и замены в процессе работы, что обусловливает простоту и надежность способа.