I chimici sviluppano una molecola per un passo importante verso la fotosintesi artificiale
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Un gruppo di ricerca dell'Università di Basilea ha sviluppato una nuova molecola che si ispira alla fotosintesi delle piante: Sotto l'influenza della luce, immagazzina simultaneamente due cariche positive e due negative. L'obiettivo è quello di convertire la luce solare in combustibili neutri dal punto di vista della CO₂.
Le piante utilizzano l'energia della luce solare per convertire la CO₂ in molecole di zucchero ricche di energia. Questo processo è chiamato fotosintesi ed è alla base di quasi tutta la vita: gli animali e gli esseri umani possono "bruciare" i carboidrati prodotti in questo modo e utilizzare l'energia in essi immagazzinata. In questo modo si produce nuovamente anidride carbonica, chiudendo il ciclo.
Questo modello potrebbe anche essere la chiave per ottenere carburanti ecologici: I ricercatori stanno lavorando per imitare la fotosintesi naturale e utilizzare la luce solare per produrre composti ricchi di energia: i cosiddetti carburanti solari, come l'idrogeno, il metanolo o la benzina sintetica. Quando vengono bruciati, viene prodotta solo la quantità di anidride carbonica necessaria per produrre i carburanti. Sarebbero quindi neutrali dal punto di vista della CO₂.
Molecola con una struttura speciale
Il Prof. Oliver Wenger e il suo dottorando Mathis Brändlin hanno ora riportato sulla rivista "Nature Chemistry" un importante passo intermedio verso questa visione della fotosintesi artificiale: hanno sviluppato una molecola speciale che può immagazzinare quattro cariche simultaneamente quando viene esposta alla luce - due cariche positive e due negative.
L'immagazzinamento temporaneo di diverse cariche è un prerequisito importante per convertire la luce solare in energia chimica: Le cariche possono essere utilizzate per attivare reazioni, ad esempio per scindere l'acqua in idrogeno e ossigeno.
La molecola è composta da cinque parti, collegate in fila, ognuna delle quali svolge un compito specifico. Su un lato della molecola ci sono due parti che rilasciano elettroni e si caricano positivamente. Due parti sull'altro lato accettano gli elettroni e quindi si caricano negativamente. Al centro, i chimici hanno collocato un blocco di costruzione che cattura la luce solare e avvia la reazione (trasferimento di elettroni).
Due fasi con la luce
Per generare le quattro cariche, i ricercatori hanno proceduto passo dopo passo con due lampi di luce. Il primo lampo di luce colpisce la molecola e innesca una reazione in cui si creano una carica positiva e una negativa. Queste cariche si spostano verso le estremità opposte della molecola. Il secondo lampo di luce innesca nuovamente la stessa reazione, in modo che la molecola contenga ora due cariche positive e due negative.
Funziona con luce debole
"Questa eccitazione graduale permette di utilizzare una luce molto più debole. Siamo già vicini alla forza della luce solare", spiega Brändlin. Nei lavori di ricerca precedenti era necessaria una luce laser estremamente forte, che era ben lontana dalla visione della fotosintesi artificiale. "Inoltre, le cariche della molecola rimangono stabili abbastanza a lungo da poter essere utilizzate per ulteriori reazioni chimiche".
La nuova molecola non ha ancora creato un sistema di fotosintesi artificiale funzionante. "Ma abbiamo identificato e realizzato un importante pezzo del puzzle", afferma Oliver Wenger. Le nuove scoperte dello studio contribuiscono a una migliore comprensione dei trasferimenti di elettroni che sono fondamentali per la fotosintesi artificiale. "Speriamo di contribuire a nuove prospettive per un futuro energetico sostenibile", afferma Wenger.
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