Los químicos desarrollan una molécula para dar un paso importante hacia la fotosíntesis artificial
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Un equipo de investigadores de la Universidad de Basilea ha desarrollado una nueva molécula que sigue el modelo de la fotosíntesis en las plantas: Bajo la influencia de la luz, almacena simultáneamente dos cargas positivas y dos negativas. El objetivo es convertir la luz solar en combustibles neutros en CO₂.
Las plantas utilizan la energía de la luz solar para convertir el CO₂ en moléculas de azúcar ricas en energía. Este proceso se denomina fotosíntesis y es la base de prácticamente toda la vida: los animales y los seres humanos pueden "quemar" los carbohidratos producidos de este modo y utilizar la energía almacenada en ellos. Esto produce de nuevo dióxido de carbono, cerrando el ciclo.
Este modelo también podría ser la clave para obtener combustibles respetuosos con el medio ambiente: Los investigadores trabajan para imitar la fotosíntesis natural y utilizar la luz solar para producir compuestos ricos en energía: los llamados combustibles solares, como el hidrógeno, el metanol o la gasolina sintética. Cuando se queman, sólo se produce la cantidad de dióxido de carbono necesaria para producirlos. Por tanto, serían neutros en CO₂.
Molécula con una estructura especial
El Prof. Dr. Oliver Wenger y su estudiante de doctorado Mathis Brändlin acaban de publicar en la revista Nature Chemistry un importante paso intermedio hacia esta visión de la fotosíntesis artificial: han desarrollado una molécula especial que puede almacenar cuatro cargas simultáneamente cuando se expone a la luz: dos cargas positivas y dos negativas.
El almacenamiento temporal de varias cargas es un requisito importante para convertir la luz solar en energía química: Las cargas pueden utilizarse para impulsar reacciones, por ejemplo para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno.
La molécula consta de cinco partes, que están unidas en fila y cada una cumple una tarea específica. En un lado de la molécula hay dos partes que liberan electrones y se cargan positivamente en el proceso. En el otro lado, dos aceptan los electrones y se cargan negativamente. En el centro, los químicos colocaron un bloque de construcción que capta la luz solar e inicia la reacción (transferencia de electrones).
Dos pasos con luz
Para generar las cuatro cargas, los investigadores procedieron paso a paso con dos destellos de luz. El primer destello de luz golpea la molécula y desencadena una reacción en la que se crean una carga positiva y otra negativa. Estas cargas se desplazan hacia los extremos opuestos de la molécula. El segundo destello de luz desencadena de nuevo la misma reacción, de modo que la molécula contiene ahora dos cargas positivas y dos negativas.
Funciona con luz débil
"Esta excitación paso a paso permite utilizar una luz mucho más débil. Ya estamos cerca de la intensidad de la luz solar", explica Brändlin. En trabajos de investigación anteriores, se requería una luz láser extremadamente potente, lo que quedaba muy lejos de la visión de la fotosíntesis artificial. "Además, las cargas de la molécula permanecen estables el tiempo suficiente para ser utilizadas en otras reacciones químicas".
La nueva molécula aún no ha creado un sistema de fotosíntesis artificial que funcione. "Pero hemos identificado y realizado una pieza importante del rompecabezas", afirma Oliver Wenger. Los nuevos hallazgos del estudio contribuyen a una mejor comprensión de las transferencias de electrones que son fundamentales para la fotosíntesis artificial. "Esperamos contribuir a nuevas perspectivas para un futuro energético sostenible", afirma Wenger.
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