Collin Barras – New Scientist (U.K.)

Molto può essere fatto solo se si cambia ciò che crediamo ” le nostre priorità”.

Ufficiale di riferimento: ChemPhysChem (DOI: 10.1002/cphc.200800191)

Grazie a Damien Broderick.

celxI “Nanotubi di carbonio” sono l’ingrediente chimico fondamentale che potrebbe rendere possibile la fotosintesi artificiale, a detta di un team di ricercatori cinesi. Il team ha scoperto che i nanotubi mimano un passo importante nella fotosintesi che i chimici, sino ad ora, non sono stati in grado di copiare.

La fotosintesi artificiale ha il potenziale per produrre idrogeno in modo efficiente, che potrebbe essere utilizzato come carburante pulito per i veicoli ed, anche, essere utilizzato per eliminare il biossido di carbonio dall’atmosfera.

Gli organismi fotosintetici utilizzano l’energia dalla luce per abbattere l’acqua in ossigeno e idrogeno. Quindi l’idrogeno reagisce con il biossido di carbonio per contribuire a sintetizzare carboidrati, e gli organismi molecolari li usano per immagazzinare l’energia.

I chimici hanno a lungo cercato, invano, di riprodurre il processo, ma un passo chiave, in particolare, si è dimostrato impossibile da copiare.

I fotoni visibili possono apportare soltanto una limitata quantità di energia alla reazione chimica. Questa energia viene assorbita dagli elettroni coinvolti nella reazione.

“Obiettivo sfuggente”

Le reazioni che richiedono più energia, come ad esempio la sintesi di carboidrati, procedono soltanto quando svariati elettroni in tensione sono disponibili a contribuire ed è per questo motivo che i chimici dicono che la fotosintesi rientra in una classe di reazioni nota come “sistemi multipli di elettroni”.

Ma nessuno è riuscito a riprodurre siffatti sistemi multipli di elettroni che potrebbero fornire l’energia necessaria per la fotosintesi artificiale.
Un tale sistema dovrebbe un donatore di molecola capace di assorbire la luce visibile e rilasciare molti elettroni e un ricevitore di molecola in grado di accettare ed immagazzinare siffatti elettroni. Mentre i sistemi possono donare e ricevere un solo elettrone alla volta.

“La chiave sono i nanotubi”

Ora un team, guidato da Xian Zhang-Fu presso la Hebei Normal University of Science and Technology in Qinhuangdao, Cina, ha scoperto che una singola parete di nanotubi di carbonio potrebbe agire come il cuore chimico di un sistema multiplo di elettroni.
Un carbonio nanotube, può accettare per ognuno dei suoi 32 atomi di carbonio un elettrone, così anche un nanotube breve accetta molti elettroni, dice Zhang. Quello vuol dire che un carbonio nanotube potrebbe, in fotosintesi artificiale, agire come la molecola che accoglie.

Anche se non ci sono piccole molecole in grado di rilasciare un gran numero di elettroni dopo l’assorbimento della luce visibile, una classe di molecole chiamata phthalocyanines (PCs), rilascia un singolo elettrone quando assorbe la luce. Il team di Zhang ha compreso che dal legame covalente di un gran numero di molecole di PC ad un nanotubo di carbonio, si potrebbe creare un sistema multiplo di elettroni attivato dalla luce visibile.

“Requisito fondamentale”

Il team ha scoperto che legando 120 molecole PC ad un nanotubo di carbonio lungo un solo micrometro il 25% circa degli elettroni donati dalle molecole finiscono per essere memorizzati nel nanotubo.
“Abbiamo deciso di creare questo sistema, inizialmente in modo efficiente e semplice, per convertire l’energia solare in energia elettrica” , dice Zhang.

Ma egli ritiene CHE i nanosistemi potrebbero costituire una componente chiave di un modello di fotosintesi artificiale. Gli extra elettroni memorizzati nei nanotubi potrebbero essere utilizzati per convertire una sostanza chimica chiamata cloroplasti NADP in NADPH, che potrebbe poi ridurre il biossido di carbonio nei carboidrati.

James Barber dell’ Imperial College di Londra, Regno Unito, è un esperto di fotosintesi. “Un sacco di persone che lavorano in questo settore non affrontano un requisito fondamentale” ” che avete bisogno di avere più elettroni nella fotosintesi “, egli spiega. “Credo che questi ricercatori hanno ragione a fare di questo un problema da risolvere.”

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