Rivoluzione nella chimica: nuovo sistema al manganese per l'energia sostenibile!

Rivoluzione nella chimica: nuovo sistema al manganese per l'energia sostenibile!

Gruppi di ricerca in tutto il mondo hanno compiuto progressi significativi nell’imitare la fotosintesi naturale, e i nuovi sviluppi nel campo della fotochimica ne forniscono una prova impressionante. Una squadra di Università Johannes Gutenberg di Magonza ha sviluppato un nuovo complesso metallico a base di manganese che rivoluziona la durata degli stati eccitati e apre nuove possibilità per applicazioni sostenibili.

La luce viene sempre più utilizzata come fonte di energia per le reazioni chimiche, ma i catalizzatori precedenti erano spesso basati su metalli rari e costosi come rutenio, osmio o iridio. Al contrario, il manganese non solo è poco costoso, ma è anche oltre 100.000 volte più abbondante del rutenio. Il nuovo complesso di manganese ha anche una durata eccezionale di oltre 190 nanosecondi.

Proprietà rivoluzionarie del nuovo complesso di manganese

Il complesso di manganese è stato preparato mediante una semplice sintesi in un'unica fase da materiali di partenza disponibili in commercio. Questa sintesi combina un sale di manganese incolore con un ligando incolore, risultando in un colore viola intenso. Questa straordinaria proprietà consente un forte assorbimento della luce e un'elevata efficienza di utilizzo della luce. Il complesso può trasferire elettroni ad altre molecole, cosa chiaramente dimostrata dal rilevamento del prodotto iniziale della fotoreazione.

La scoperta del gruppo di ricerca espande le possibilità della fotochimica sostenibile e ha potenziali applicazioni nella produzione di idrogeno, un'area critica dell'energia rinnovabile. L’obiettivo è dividere in modo efficiente le molecole d’acqua utilizzando l’energia solare e produrre fonti di energia chimica.

Innovazione nella fotosintesi artificiale

Allo stesso tempo, gli scienziati stanno lavorando Istituto Max Planck per la conversione dell'energia chimica sull’imitazione artificiale della fotosintesi naturale per sviluppare fonti energetiche pulite. L’attenzione si concentra sulla scissione dell’acqua indotta dalla luce, un processo che avviene in natura ma è tecnicamente complesso da riprodurre. Il team ha risolto con successo la struttura di un complesso manganese-calcio che divide l'acqua e produce ossigeno.

Il catalizzatore è costituito da quattro atomi di manganese e un atomo di calcio, che sono incorporati in una proteina di membrana del fotosistema II. Attraverso un ciclo che rilascia protoni, elettroni e ossigeno molecolare, questo approccio potrebbe portare allo sviluppo di catalizzatori economici e di ispirazione biologica che riducono la dipendenza dai combustibili fossili, in particolare nel settore dei trasporti.

La sfida di isolare e caratterizzare la struttura del complesso manganese-calcio è stata superata utilizzando la spettroscopia all'avanguardia di risonanza di spin elettronico (ESR) e nuovi metodi teorici. Questi risultati possono servire da modello per futuri sistemi artificiali che immagazzinano l’energia solare come energia chimicamente disponibile.

Significato e prospettive

Gli sviluppi su entrambi Istituto Magonza così come su Istituto Max Planck sono rivoluzionari. I ricercatori stanno lavorando per ottimizzare ulteriormente i processi catalitici, in particolare l'ossidazione dell'acqua, che è una reazione chimica centrale nella fotosintesi. L’uso di metalli comuni ed economici come il manganese potrebbe ridurre significativamente i costi di produzione dell’idrogeno e di altri combustibili solari.

La prospettiva di un'efficace fotosintesi artificiale, che risolva diversi problemi di produzione di energia e di riduzione dell'anidride carbonica nell'atmosfera, non solo diventa più realistica, ma rappresenta anche un passo avanti verso la produzione di energia sostenibile.