Químicos desenvolvem molécula para um passo importante em direção à fotossíntese artificial
As plantas utilizam a energia da luz solar para converter CO2 em moléculas de açúcar ricas em energia. Este processo é chamado de 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 armazenada neles. Isto produz novamente dióxido de carbono, fechando o ciclo.
Este modelo também pode ser a chave para combustíveis ecológicos, já que os investigadores estão a trabalhar para imitar a fotossíntese natural e usar a luz solar para produzir compostos de alta energia: combustíveis solares, como hidrogénio, metanol e gasolina sintética. Se queimados, eles produziriam apenas a quantidade de dióxido de carbono necessária para produzir os combustíveis. Em outras palavras, eles seriam neutros em carbono.
Uma molécula com uma estrutura especial
Na revista científica Nature Chemistry, o professor Oliver Wenger e o seu aluno de doutorado Mathis Brändlin relataram agora um importante passo intermédio para alcançar essa visão da fotossíntese artificial: eles desenvolveram uma molécula especial que pode armazenar quatro cargas simultaneamente sob irradiação de luz – duas positivas e duas negativas.
O armazenamento intermediário de múltiplas cargas é um pré-requisito importante para converter a luz solar em energia química: as cargas podem ser usadas para impulsionar reações – por exemplo, para dividir a água em hidrogénio e oxigénio.
A molécula é composta por cinco partes ligadas em série, cada uma desempenhando uma tarefa específica. Um lado da molécula tem duas partes que liberam elétrons e ficam carregadas positivamente no processo. Duas partes do outro lado captam os elétrons, o que faz com que fiquem carregadas negativamente. No meio, os químicos colocaram um componente que captura a luz solar e inicia a reação (transferência de elétrons).
Dois passos usando luz
Para gerar as quatro cargas, os investigadores adotaram uma abordagem gradual usando dois flashes de luz. O primeiro flash de luz atinge a molécula e desencadeia uma reação na qual são geradas uma carga positiva e uma negativa. Essas cargas viajam para fora, para as extremidades opostas da molécula. Com o segundo flash de luz, a mesma reação ocorre novamente, de modo que a molécula passa a conter duas cargas positivas e duas negativas.
Funciona com pouca luz
“Essa excitação gradual permite usar uma luz significativamente mais fraca. Como resultado, já estamos nos aproximando da intensidade da luz solar”, explica Brändlin. Pesquisas anteriores exigiam uma luz laser extremamente forte, o que estava muito longe da visão da fotossíntese artificial. “Além disso, as cargas na molécula permanecem estáveis por tempo suficiente para serem usadas em outras reações químicas.”
Dito isto, a nova molécula ainda não criou um sistema de fotossíntese artificial funcional. “Mas identificámos e implementámos uma peça importante do quebra-cabeças”, diz Oliver Wenger. As novas descobertas do estudo ajudam a melhorar a nossa compreensão das transferências de elétrons que são fundamentais para a fotossíntese artificial. “Esperamos que isso nos ajude a contribuir para novas perspetivas de um futuro energético sustentável”, conclui.