Con la fotosintesi artificiale, l’umanità potrebbe utilizzare l’energia solare per legare l’anidride carbonica e produrre idrogeno. I chimici hanno fatto un ulteriore passo avanti: hanno sintetizzato una pila di coloranti che si avvicina molto all’apparato fotosintetico delle piante. Assorbe l’energia luminosa, la usa per separare i portatori di carica e li trasferisce in modo rapido ed efficiente nello stack.
La fotosintesi è un processo meraviglioso: le piante lo usano per produrre molecole di zucchero e ossigeno dai semplici materiali di partenza anidride carbonica e acqua. Disegnano l’energia di cui hanno bisogno per questo complesso processo dalla luce solare.
Se gli umani potessero imitare la fotosintesi, avrebbe molti vantaggi. L’energia libera dal sole potrebbe essere utilizzata per rimuovere l’anidride carbonica dall’atmosfera e usarla per costruire carboidrati e altre sostanze utili. Sarebbe anche possibile produrre idrogeno, poiché la fotosintesi divide l’acqua nei suoi componenti ossigeno e idrogeno.
Fotosintesi: un processo complesso con molti partecipanti
Quindi non c’è da meravigliarsi che molti ricercatori stiano lavorando alla fotosintesi artificiale. Questo non è facile, perché la fotosintesi è un processo estremamente complesso: si svolge nelle cellule delle piante in molti passi individuali e coinvolge numerosi coloranti, proteine e altre molecole. Tuttavia, la scienza fa costantemente nuovi progressi.
Uno dei principali ricercatori nel campo della fotosintesi artificiale è il professore chimico Frank Würthner di Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg in Baviera, Germania. Il suo team è ora riuscito a imitare uno dei primi passi della fotosintesi naturale con una disposizione sofisticata di coloranti artificiali e analizzandolo in modo più preciso.
I risultati sono stati ottenuti in collaborazione con il gruppo del professor Dongho Kim presso la Yonsei University di Seoul (Corea). Sono stati pubblicati sulla rivista Chimica della natura.
Trasporto energetico rapido ed efficiente in un sistema di impilamento
I ricercatori sono riusciti a sintetizzare una pila di coloranti che è molto simile all’apparato fotosintetico nelle cellule vegetali: assorbe l’energia luminosa ad un’estremità, la usa per separare i portatori di carica e li trasferisce passo dopo passo verso l’altra estremità tramite un trasporto di elettroni. La struttura è costituita da quattro molecole di colorante impilata della classe di bisimide del perilene.
‘Possiamo innescare specificamente il trasporto di carica in questa struttura con luce e averlo analizzato in dettaglio. È efficiente e veloce. Questo è un passo importante verso lo sviluppo della fotosintesi artificiale “, afferma lo studente di dottorato JMU Leander Ernst, che ha sintetizzato la struttura impilata.
Fili sopramolecolari come obiettivo del lavoro di ricerca
Successivamente, il team di ricerca della JMU vuole espandere il nanosistema di molecole di tintura impilate da quattro a più componenti – con l’obiettivo di creare alla fine una sorta di filo supramolecolare che assorbe l’energia della luce e lo trasporta in modo rapido ed efficiente su distanze più lunghe. Questo sarebbe un ulteriore passo verso nuovi materiali fotofunzionali che possono essere utilizzati per la fotosintesi artificiale.
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