Una fuente de energía limpia y respetuosa con el clima que es prácticamente inagotable: esta es la promesa que mantiene la fotosíntesis artificial. Los químicos de la Universidad de Würzburg ahora están un paso más cerca de alcanzar este objetivo. Los científicos presentan su trabajo en la revista Química de la naturaleza.
La naturaleza muestra cómo hacerlo: la fotosíntesis es un proceso utilizado por las plantas para crear compuestos orgánicos ricos en energía, generalmente en forma de carbohidratos y oxígeno O 2 de dióxido de carbono CO 2 y agua H 2 O impulsado por la luz.Si logramos imitar este proceso a gran escala, probablemente se resolverían numerosos problemas de la humanidad.La fotosíntesis artificial podría suministrar a la Tierra combustibles de alta densidad de energía, como hidrógeno, metano o metanol, al tiempo que reduce la cantidad de dióxido de carbono en nuestra atmósfera y ralentiza el cambio climático.
El desarrollo de los catalizadores eficientes necesarios y los tintes asociados es un área focal de investigación en la Cátedra del Profesor Frank Würthner en el Instituto de Química Orgánica de la Universidad de Würzburg. Dos de los estudiantes de doctorado del Profesor Würthner, Marcus Schulze y Valentin Kunz, han informado recientemente de unéxito parcial en este sentido. Presentan los resultados de su trabajo de investigación en la edición actual de la revista Química de la naturaleza.
Mejorando un fotosistema artificial
"En la naturaleza, el llamado fotosistema II es un componente central del proceso de fotosíntesis", explica Marcus Schulze. Es un complejo de proteínas con un centro catalíticamente activo que consiste en múltiples átomos de metal. Tienen que trabajar juntos para dividir el aguaen sus dos componentes elementales, un proceso que tiene lugar en dos medias reacciones electroquímicas separadas espacialmente. Ya es posible imitar estas dos reacciones en el laboratorio. Pero: "La producción de hidrógeno ya funciona bastante bien. Sin embargo, la oxidación del agua al oxígeno necesitaser acelerado para que el equilibrio de las medias reacciones individuales coincida mejor ", dice Schulze.
Los científicos aún usan con frecuencia el raro rutenio de metales nobles como catalizador para la fotosíntesis artificial. Básicamente, el sistema artificial funciona con una eficiencia similar a su contraparte natural. Sin embargo, el catalizador tiende a descomponerse relativamente rápido. Aquí es donde los químicos de Würzburgsaltó a la acción: "Incorporamos los átomos de rutenio en estructuras supramoleculares especiales que ralentizan la destrucción y permiten una especie de 'proceso de autocuración'", explica Valentin Kunz.
Dos años de trabajo de laboratorio
Esta estructura es similar a un anillo en el que tres átomos de rutenio están interconectados usando tres denominados ligandos que son compuestos orgánicos especialmente formados. Los sitios de unión personalizados se aseguran de que los centros y ligandos metálicos encajen como llave y cerradura.comparativamente fácil tomó dos años de trabajo meticuloso sin parar en el laboratorio. "Sucesivamente giras tornillos diferentes y ves lo que sucede", Kunz describe su enfoque.
El resultado es un "sistema cíclico de autocomposición de bloques individuales definidos" como explican los dos químicos. Su beneficio en "términos sintéticos" es su estructura simple y facilidad de producción junto con el hecho de que los bloques se ensamblan automáticamente para formar elestructura deseada sin requerir un gran esfuerzo técnico. Esta propiedad lo hace más adecuado para aplicaciones potenciales que los sistemas anteriores.
Los siguientes pasos
Los químicos se complacen en notar que el catalizador de oxidación del agua que desarrollaron también es más eficiente, aunque todavía no pueden explicar por qué es así. Estas explicaciones podrían ser entregadas en un futuro próximo por los expertos en química teórica con quienes el presidente de Frank Würthnerestá cooperando estrechamente. Roland Mitrić, jefe de la Cátedra de Química Teórica de la Universidad de Würzburg, y su compañero de trabajo Merle Röhr ya están buscando una respuesta a esta pregunta mediante el desarrollo de fórmulas y algoritmos.
Aunque el sistema de los dos científicos junior es mejor que sus predecesores: "Todavía tenemos un largo camino por recorrer hasta que el proceso esté listo para el mercado", explica Marcus Schulze. Y: "Lo que estamos haciendo es investigación fundamental", Agrega Valentin Kunz. Los siguientes pasos ya se han planeado: en primer lugar, los químicos quieren estudiar más cambios en la estructura del catalizador y su impacto en la función. En segundo lugar, quieren vincularlo a los tintes para que la reacción se vuelva fotocatalítica,lo que significa que la reacción funcionará con luz.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Julius-Maximilians-Universität Würzburg, JMU . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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