İsviçre, Basel Üniversitesi’nden bir araştırma ekibi, bitki fotosentezi üzerinde modellenmiş yeni bir molekül geliştirdi: ışığın etkisi altında, aynı anda iki pozitif ve iki negatif yük depolıyor. Amaç, güneş ışığını karbon nötr yakıtlara dönüştürmektir.
Bitkiler CO’yu dönüştürmek için güneş ışığının enerjisini kullanır2 enerji açısından zengin şeker moleküllerine. Bu sürece fotosentez denir ve neredeyse tüm yaşamın temelidir: hayvanlar ve insanlar bu şekilde üretilen karbonhidratları “yakabilir” ve içinde depolanan enerjiyi kullanabilirler. Bu bir kez daha karbondioksit üretir ve döngüyü kapatır.
Araştırmacılar doğal fotosentezi taklit etmeye ve yüksek enerjili bileşikler üretmek için güneş ışığını kullanmaya çalıştıklarından, bu model çevre dostu yakıtların anahtarı olabilir: hidrojen, metanol ve sentetik benzin gibi güneş yakıtları. Yakılırsa, yakıtları üretmek için sadece gereken kadar karbondioksit üretirlerdi. Başka bir deyişle, karbon nötr olurlar.
Özel bir yapıya sahip bir molekül
Dergide Doğa kimyasıProfesör Oliver Wenger ve doktora öğrencisi Mathis Brändlin, bu yapay fotosentez vizyonuna ulaşmaya yönelik önemli bir geçici adım bildirdiler: Işık ışınlaması altında aynı anda dört şarjı depolayabilen özel bir molekül geliştirdiler – iki pozitif ve iki negatif olan.
Birden fazla yükün ara depolanması, güneş ışığını kimyasal enerjiye dönüştürmek için önemli bir ön koşuldur: yükler reaksiyonları artırmak için kullanılabilir – örneğin suyu hidrojen ve oksijene bölmek için.
Molekül, bir seri ile bağlantılı beş bölümden oluşur ve her biri belirli bir görev gerçekleştirir. Molekülün bir tarafında elektronları serbest bırakan ve işlemde pozitif yüklenen iki bölüm vardır. Diğer tarafta ikisi elektronları alır, bu da negatif yüklenmelerine neden olur. Ortada, kimyagerler güneş ışığını yakalayan ve reaksiyonu (elektron transferi) başlatan bir bileşen yerleştirdiler.
Işık kullanarak iki adım
Dört suçlamayı oluşturmak için araştırmacılar iki ışık flaşını kullanarak aşamalı bir yaklaşım benimsedi. Işığın ilk flaşı moleküle çarpar ve pozitif ve negatif bir yükün üretildiği bir reaksiyonu tetikler. Bu yükler molekülün karşı uçlarına doğru ilerler.
İkinci ışık flaşı ile aynı reaksiyon tekrar meydana gelir, böylece molekül daha sonra iki pozitif ve iki negatif yük içerir.
Loş ışıkta çalışır
Brändlin, “Bu aşamalı uyarma önemli ölçüde daha dimmer ışık kullanmayı mümkün kılıyor. Sonuç olarak, zaten güneş ışığının yoğunluğuna yaklaşıyoruz.” Daha önceki araştırmalar, yapay fotosentez vizyonundan çok uzak olan son derece güçlü lazer ışığı gerektiriyordu. “Ek olarak, moleküldeki yükler, daha fazla kimyasal reaksiyon için kullanılacak kadar uzun süre sabit kalır.”
Bununla birlikte, yeni molekül henüz işleyen bir yapay fotosentez sistemi yaratmadı. Oliver Wenger, “Ama bulmacanın önemli bir parçasını belirledik ve uyguladık” diyor.
Çalışmadan yapılan yeni bulgular, yapay fotosentezin merkezinde yer alan elektron transferlerini anlamamızı geliştirmeye yardımcı olmaktadır.
Wenger, “Bunun sürdürülebilir bir enerji geleceği için yeni beklentilere katkıda bulunmamıza yardımcı olacağını umuyoruz” diyor.
