Sebuah tim peneliti dari University of Basel telah mengembangkan molekul baru yang dimodelkan pada fotosintesis tanaman: di bawah pengaruh cahaya, ia menyimpan dua muatan positif dan dua negatif pada saat yang sama. Tujuannya adalah untuk mengubah sinar matahari menjadi bahan bakar karbon-netral.
Tanaman menggunakan energi sinar matahari untuk mengonversi CO2 ke dalam molekul gula yang kaya energi. Proses ini disebut fotosintesis dan merupakan dasar dari hampir semua kehidupan: hewan dan manusia dapat “membakar” karbohidrat yang diproduksi dengan cara ini lagi dan menggunakan energi yang disimpan di dalamnya. Ini sekali lagi menghasilkan karbon dioksida, menutup siklus.
Model ini juga bisa menjadi kunci untuk bahan bakar yang ramah lingkungan, karena para peneliti berupaya meniru fotosintesis alami dan menggunakan sinar matahari untuk menghasilkan senyawa berenergi tinggi: bahan bakar matahari seperti hidrogen, metanol dan bensin sintetis. Jika dibakar, mereka hanya akan menghasilkan karbon dioksida sebanyak yang diperlukan untuk menghasilkan bahan bakar. Dengan kata lain, mereka akan menjadi netral karbon.
Molekul dengan struktur khusus
Dalam Jurnal Ilmiah Kimia AlamProfesor Oliver Wenger dan kandidat doktornya Mathis Brändlin telah melaporkan langkah sementara yang penting untuk mencapai visi fotosintesis buatan ini: mereka telah mengembangkan molekul khusus yang dapat menyimpan empat biaya secara bersamaan di bawah iradiasi cahaya – dua yang positif dan dua yang negatif.
Penyimpanan menengah dari beberapa muatan adalah prasyarat penting untuk mengubah sinar matahari menjadi energi kimia: muatan dapat digunakan untuk mendorong reaksi – misalnya, untuk membagi air menjadi hidrogen dan oksigen.
Molekul ini terdiri dari lima bagian yang terkait dalam seri dan masing -masing melakukan tugas tertentu. Satu sisi molekul memiliki dua bagian yang melepaskan elektron dan bermuatan positif dalam prosesnya. Dua di sisi lain mengambil elektron, yang menyebabkan mereka menjadi bermuatan negatif. Di tengah, para ahli kimia menempatkan komponen yang menangkap sinar matahari dan memulai reaksi (transfer elektron).
Dua Langkah Menggunakan Cahaya
Untuk menghasilkan empat muatan, para peneliti mengambil pendekatan bertahap menggunakan dua kilatan cahaya. Kilatan cahaya pertama mengenai molekul dan memicu reaksi di mana muatan positif dan negatif dihasilkan. Tuduhan ini melakukan perjalanan ke luar ke ujung molekul yang berlawanan. Dengan flash cahaya kedua, reaksi yang sama terjadi lagi, sehingga molekul kemudian mengandung dua muatan positif dan dua negatif.
Bekerja dalam cahaya redup
“Eksitasi bertahap ini memungkinkan untuk menggunakan cahaya redup secara signifikan. Akibatnya, kami sudah bergerak dekat dengan intensitas sinar matahari,” jelas Brändlin. Penelitian sebelumnya membutuhkan cahaya laser yang sangat kuat, yang jauh dari visi fotosintesis buatan. “Selain itu, muatan dalam molekul tetap stabil cukup lama untuk digunakan untuk reaksi kimia lebih lanjut.”
Yang sedang berkata, molekul baru belum menciptakan sistem fotosintesis buatan yang berfungsi. “Tapi kami telah mengidentifikasi dan menerapkan bagian penting dari teka -teki itu,” kata Oliver Wenger. Temuan baru dari penelitian ini membantu meningkatkan pemahaman kita tentang transfer elektron yang merupakan pusat fotosintesis buatan. “Kami berharap ini akan membantu kami berkontribusi pada prospek baru untuk masa depan energi yang berkelanjutan,” kata Wenger.
Publikasi asli
Mathis Brändlin, Björn Pfund, Oliver S. Wenger
Akumulasi muatan ganda yang diinduksi foto dalam senyawa molekuler
Kimia Alam (2025), doi: 10.1038/s41557-025-01912-x.
