Švýcarští vědci navrhli molekulu inspirovanou rostlinou, která napodobuje fotosyntéza a při vystavení světlu může držet čtyři elektrické náboje.
Tato schopnost ukládat více nábojů by mohla být klíčem k vytváření solárních paliv, jako je vodík, methanol nebo syntetický benzín-paliva, která by byla uhlíková neutrální, protože uvolňují pouze tolik CO2 jak se používá k jejich produkci.
Využívající sluneční energii inspirovanou rostlinou
Rostliny zachycují sluneční světlo a používají jej k transformaci oxidu uhličitého na cukry, které ukládají energii. Tento proces, známý jako fotosyntéza, podtrhuje téměř celý život na Zemi. Cukry produkované rostlinami slouží jako palivo pro zvířata a lidi, kteří uvolňují uloženou energii jejich rozbití. Tento proces vrací oxid uhličitý do atmosféry a dokončí přirozený cyklus.
Vědci doufají, že použijí stejný princip jako průvodce pro vývoj čistých paliv. Kopírováním způsobu, jakým rostliny převádějí světlo, se vědci snaží generovat sloučeniny bohaté na energii přímo ze slunečního světla. Tato solární paliva zahrnují vodík, methanol a syntetický benzín. Když byli spáleni, uvolnili pouze stejné množství oxidu uhličitého, který byl původně nutný k jejich vytvoření. Ve skutečnosti by celý proces byl uhlík neutrální.
Molekula, která ukládá čtyři poplatky
V Chemie přírodyProfesor Oliver Wenger a doktorský student Mathis Brändlin popisují důležitý pokrok k tomuto cíli umělé fotosyntézy. Vytvořili speciálně navrženou molekulu, která může, když je vystavena světlu, držet čtyři náboje současně – dvě pozitivní a dvě negativní.
Schopnost dočasně uložit několik nábojů je rozhodujícím krokem při přeměně slunečního světla na použitelnou chemickou energii. Tyto náboje pak mohou být použity na spouštěcí reakce, jako je rozdělení vody na vodík a kyslík.
Samotná molekula je postavena z pěti propojených komponent, z nichž každá má zřetelnou roli. Na jednom konci se dvě části uvolňují elektrony a přitom se stanou pozitivně nabitými. Na opačném konci tyto dvě další části tyto elektrony absorbují a negativně se nabijí. Ve středu vědci umístili jednotku citlivou na světlo, která zachycuje sluneční energii a iniciuje přenos elektronů.
Dva záblesky světla, čtyři náboje
Za účelem vytvoření čtyř poplatků se vědci postupně přistoupili k dvěma zábleskům světla. První záblesk světla zasáhne molekulu a vyvolává reakci, při které se generuje pozitivní a záporné náboj. Tyto poplatky se pohybují směrem ven k opačným konci molekuly. Při druhém záblesku světla dochází k stejné reakci znovu, takže molekula pak obsahuje dvě pozitivní a dva negativní náboje.
Funguje i v tlumeném světle
„Tato postupná excitace umožňuje používat výrazně stmívanější světlo. V důsledku toho se již přibližujeme k intenzitě slunečního světla,“ vysvětluje Brändlin. Dřívější výzkum vyžadoval extrémně silné laserové světlo, což bylo daleko od vize umělé fotosyntézy. „Kromě toho náboje v molekule zůstávají stabilní dostatečně dlouho, aby byly použity pro další chemické reakce.“
Jak již bylo řečeno, nová molekula dosud nevytvořila funkční umělý systém fotosyntézy. „Ale identifikovali jsme a implementovali důležitou část hádanky,“ říká Oliver Wenger. Nová zjištění ze studie pomáhají zlepšit naše porozumění elektronovým převodům, které jsou ústřední pro umělou fotosyntézu. „Doufáme, že nám to pomůže přispět k novým vyhlídkám na udržitelnou energetickou budoucnost,“ říká Wenger.
Reference: „Fotoindukovaná akumulace dvojitého náboje v molekulární sloučenině“ od Mathis Brändlin, Björn Pfund a Oliver S. Wenger, 25. srpna 2025, Chemie přírody.
Doi: 10.1038/s41557-025-01912-x
Nikdy nezmeškáte průlom: Připojte se k zpravodaji Scitechdaily.
