de.wedoany.com-Bericht: Ein Forschungsteam der Universität Basel hat in der Fachzeitschrift Nature Chemistry eine Studie veröffentlicht, die ein neuartiges, aus fünf Teilen zusammengesetztes Molekül beschreibt. Dieses soll die grundlegende Logik der Photosynthese nachahmen, um die Herausforderung der Mehrfachladungsspeicherung in der künstlichen Photosynthese zu bewältigen.
Pflanzen wandeln durch Photosynthese Sonnenlicht in chemische Energie um – ein Prozess, den Chemiker seit Jahren im Labor zu reproduzieren versuchen. Ziel der künstlichen Photosynthese ist die Herstellung von Solartreibstoffen wie Wasserstoff, Methanol oder synthetischem Benzin, die bei der Verbrennung nur so viel Kohlendioxid freisetzen, wie bei ihrer Herstellung gebunden wurde, und daher als kohlenstoffneutral gelten. Die zentrale Hürde in diesem Bereich ist die stabile Akkumulation mehrerer Ladungen, beispielsweise das gleichzeitige Halten von vier Ladungen, um Reaktionen wie die Wasserspaltung anzutreiben. Viele frühere Versuche scheiterten an der Rekombination und dem Zerfall der Ladungen.
Das Team der Universität Basel schlägt ein Molekül vor, das aus fünf verschiedenen, linear verbundenen Fragmenten besteht, die wie eine miniaturisierte Montagelinie zusammenarbeiten. An einem Ende des Moleküls befinden sich zwei Donoreinheiten, die nach Anregung Elektronen abgeben und positiv geladen werden; am anderen Ende zwei Akzeptoreinheiten, die Elektronen einfangen und negativ geladen werden. Die zentrale lichtabsorbierende Komponente verbindet die beiden Enden, löst den Elektronentransfer aus und bewirkt eine schnelle Wanderung der Ladungen nach außen. Das Molekül erreicht seinen vollständig geladenen Zustand in zwei Schritten: Der erste Lichtblitz trifft auf den zentralen Absorber, erzeugt ein Paar positiver und negativer Ladungen und trennt sie zu den Enden hin; der zweite Lichtblitz wiederholt den Vorgang, sodass auf der Donorseite zwei positive und auf der Akzeptorseite zwei negative Ladungen akkumuliert werden – insgesamt vier gespeicherte Ladungen. Dies reicht aus, um Reaktionen wie die Spaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff anzutreiben, wobei die Ladungen stabil genug bleiben, um an nachfolgenden chemischen Reaktionen teilzunehmen.
Der Doktorand Mathis Brändlin weist darauf hin, dass diese schrittweise Anregungsmethode die Verwendung deutlich schwächeren Lichts ermöglicht, das bereits der Intensität des Sonnenlichts nahekommt. Viele frühere Studien benötigten hingegen starke Laser, die weit von realen Sonnenlichtbedingungen entfernt sind. Das Team betont vorsichtig, dass das Molekül noch kein funktionsfähiges künstliches Photosynthesesystem darstellt. Der Leiter des Teams, Professor Oliver Wenger, ist jedoch der Ansicht, dass sie ein wichtiges Puzzlestück in diesem Forschungsfeld identifiziert und realisiert haben. Der nächste Forschungsschwerpunkt wird darauf liegen, die gespeicherten Ladungen mit Katalysatoren zu verbinden, die chemische Reaktionen durchführen können. Wenger erklärt, dass diese Ergebnisse das Verständnis von Elektronentransferprozessen vertiefen. Dieses mechanistische Wissen werde das Design der nächsten Molekülgeneration beeinflussen und dazu beitragen, neue Perspektiven für eine nachhaltige Energiezukunft zu eröffnen.
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