ترکیب پروتئین و نانوذرات اکسید تیتانیوم برای تولید انرژی

محققان با بررسی یک نوع میکرواورگانیسم باستانی دریافتند که در ساختار غشای آن نوعی پروتئین وجود دارد که می‌تواند نور خورشید را به هیدروژن تبدیل کند. این میکرواورگانیسم که در نمک‌های صحرا زندگی می‌کند از نور خورشید، سوخت هیدروژنی تولید می‌کند.
یک تیم تحقیقاتی از بخش نانوبیو ونانوفتونیک آزمایشگاه ملی آرگونه پمپ پروتون باکتریورودوپسین را روی نانوکاتالیست Pt/TiO2 قرار داده و با این کار موفق به ارائه ساختاری شدند که می‌تواند با دریافت نور، هیدروژن تولید کند.
این ماتریکس نانوکاتالیست پلاتینی در واقع ترکیبی از نانوذرات پلاتین به ابعاد 4 نانومتر و پروتئین که روی سطح اکسید تیتانیوم به ابعاد 25 نانومتر قرار گرفته است. مطالعات فتوالکتروشیمیایی و جذب انتقالی نشان می‌دهد که انتقال بار به خوبی بین پروتئین و نانوذرات تیتانیوم انجام می‌شود.
از اوایل دهه 1970 دانشمندان از پتانسیل‌های نانوذرات اکسید تیتانیوم در جذب نور و ایجاد واکنش مطلع بوده‌اند. اولین بار ژاپنی‌ها دریافتند که با تابش نور به الکترود اکسید تیتانیوم، پرتو فرابنفش می‌تواند مولکول‌های آب را بشکند که این اثر به پدیده هندا-فوجیشیما شهرت یافت. بعد از آن تلاش‌های زیادی برای استفاده از نور مرئی برای شکستن مولکول‌های آب با کمک فتوکاتالیست اکسید تیتانیوم انجام شد.
باکتریورودوپسین که مسئول رنگ غیرعادی در نمک‌های موجود در نوادا و کالیفرنیا است، با استفاده از نور خورشید می‌تواند به مانند پمپ پروتونی عمل کند. پمپ‌های پروتونی در واقع پروتئین‌هایی هستند که روی غشاء سلولی سوارند و نقش انتقال میان درون و بیرون سلول را ایفا می‌کنند.
در این پژوهش پروتون‌ها با این پروتئین تولید شده و با الکترون‌های تولید شده توسط پلاتین در سطح ماتریکس اکسید تیتانیوم حرکت می‌کنند. این فتوکاتالیست تقلید شده از طبیعت، مکانیسم کاری شبیه به دیگر سیستم‌های تولیدکننده هیدروژن دارد و بهترین گزینه برای تولید انرژی سبز است به طوری که می‌توان از آب شور و نور خورشید انرژی تولید کرد.