Químicos desenvolvem molécula para um passo importante no sentido da fotossíntese artificial
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Uma equipa de investigação da Universidade de Basileia desenvolveu uma nova molécula que segue o modelo da fotossíntese das plantas: Sob a influência da luz, armazena simultaneamente duas cargas positivas e duas negativas. O objetivo é converter a luz solar em combustíveis neutros em termos de CO₂.
As plantas utilizam a energia da luz solar para converter o CO₂ em moléculas de açúcar ricas em energia. Este processo é designado por fotossíntese e é a base de praticamente toda a vida: os animais e os seres humanos podem "queimar" os hidratos de carbono produzidos desta forma e utilizar a energia neles armazenada. Os animais e os seres humanos podem "queimar" os hidratos de carbono produzidos desta forma e utilizar a energia neles armazenada, o que produz novamente dióxido de carbono, fechando o ciclo.
Este modelo pode também ser a chave para combustíveis amigos do ambiente: Os investigadores estão a trabalhar na imitação da fotossíntese natural e na utilização da luz solar para produzir compostos ricos em energia: os chamados combustíveis solares, como o hidrogénio, o metanol ou a gasolina sintética. Quando são queimados, apenas é produzido o dióxido de carbono necessário para produzir os combustíveis. Por conseguinte, estes seriam neutros em termos de CO₂.
Molécula com uma estrutura especial
O Prof. Dr. Oliver Wenger e o seu aluno de doutoramento Mathis Brändlin apresentaram agora, na revista "Nature Chemistry", um importante passo intermédio para esta visão da fotossíntese artificial: desenvolveram uma molécula especial que pode armazenar quatro cargas em simultâneo quando exposta à luz - duas cargas positivas e duas negativas.
O armazenamento temporário de várias cargas é um pré-requisito importante para converter a luz solar em energia química: As cargas podem ser utilizadas para impulsionar reacções - por exemplo, para dividir a água em hidrogénio e oxigénio.
A molécula é constituída por cinco partes, que estão ligadas em fila e cada uma cumpre uma tarefa específica. De um lado da molécula há duas partes que libertam electrões e ficam carregadas positivamente no processo. Do outro lado, duas partes aceitam os electrões, ficando assim com carga negativa. No centro, os químicos colocaram um bloco de construção que capta a luz solar e inicia a reação (transferência de electrões).
Dois passos com a luz
Para gerar as quatro cargas, os investigadores procederam passo a passo com dois flashes de luz. O primeiro flash de luz atinge a molécula e desencadeia uma reação em que são criadas uma carga positiva e uma carga negativa. Estas cargas deslocam-se para fora, para as extremidades opostas da molécula. O segundo raio de luz desencadeia novamente a mesma reação, de modo que a molécula contém agora duas cargas positivas e duas negativas.
Funciona com luz fraca
"Esta excitação passo a passo torna possível a utilização de luz muito mais fraca. Já estamos perto da intensidade da luz solar", explica Brändlin. Em trabalhos de investigação anteriores, era necessária uma luz laser extremamente forte, o que estava muito longe da visão da fotossíntese artificial. "Além disso, as cargas da molécula permanecem estáveis o tempo suficiente para serem utilizadas em outras reacções químicas."
A nova molécula ainda não criou um sistema de fotossíntese artificial funcional. "Mas identificámos e concretizámos uma peça importante do puzzle", afirma Oliver Wenger. As novas descobertas do estudo contribuem para uma melhor compreensão das transferências de electrões que são fundamentais para a fotossíntese artificial. "Esperamos contribuir para novas perspectivas para um futuro energético sustentável", afirma Wenger.
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