Revolução na química: Novo sistema de manganês para energia sustentável!

Revolução na química: Novo sistema de manganês para energia sustentável!

Equipes de pesquisa em todo o mundo fizeram progressos significativos na imitação da fotossíntese natural, e novos desenvolvimentos na fotoquímica fornecem evidências impressionantes disso. Uma equipe de Universidade Johannes Gutenberg em Mainz desenvolveu um novo complexo metálico baseado em manganês que revoluciona a vida útil dos estados excitados e abre novas possibilidades para aplicações sustentáveis.

A luz é cada vez mais utilizada como fonte de energia para reações químicas, mas os catalisadores anteriores eram frequentemente baseados em metais raros e caros, como rutênio, ósmio ou irídio. Em contraste, o manganês não é apenas barato, mas também 100.000 vezes mais abundante que o rutênio. O novo complexo de manganês também tem uma vida útil excepcional de mais de 190 nanossegundos.

Propriedades revolucionárias do novo complexo de manganês

O complexo de manganês foi preparado por uma síntese simples de uma etapa a partir de materiais de partida disponíveis comercialmente. Esta síntese combina um sal de manganês incolor com um ligante incolor, resultando em uma cor roxa profunda. Esta propriedade notável permite uma forte absorção de luz e uma elevada eficiência de utilização da luz. O complexo pode transferir elétrons para outras moléculas, o que foi claramente demonstrado pela detecção do produto inicial da fotorreação.

A descoberta da equipe de pesquisa amplia as possibilidades da fotoquímica sustentável e tem aplicações potenciais na produção de hidrogênio, uma área crítica de energia renovável. O objetivo é dividir eficientemente as moléculas de água usando energia solar e produzir fontes de energia química.

Inovação em fotossíntese artificial

Ao mesmo tempo, os cientistas estão trabalhando em Instituto Max Planck para Conversão de Energia Química na imitação artificial da fotossíntese natural para desenvolver fontes de energia limpa. O foco está na divisão da água induzida pela luz, um processo que ocorre na natureza, mas é tecnicamente complexo de reproduzir. A equipe resolveu com sucesso a estrutura de um complexo manganês-cálcio que divide a água e produz oxigênio.

O catalisador consiste em quatro átomos de manganês e um átomo de cálcio, que estão embutidos em uma proteína de membrana do fotossistema II. Através de um ciclo que liberta protões, electrões e oxigénio molecular, esta abordagem poderá levar ao desenvolvimento de catalisadores bio-inspirados e rentáveis ​​que reduzam a dependência dos combustíveis fósseis, particularmente no sector dos transportes.

O desafio de isolar e caracterizar a estrutura do complexo manganês-cálcio foi superado usando espectroscopia de ressonância de spin eletrônico (ESR) de última geração e novos métodos teóricos. Essas descobertas podem servir como um modelo para futuros sistemas artificiais que armazenem energia solar como energia quimicamente disponível.

Significado e perspectiva

Os desenvolvimentos em ambos Instituto Mainz bem como em Instituto Max Planck são inovadores. Os investigadores estão a trabalhar para optimizar ainda mais os processos catalíticos, particularmente a oxidação da água, que é uma reacção química central na fotossíntese. A utilização de metais comuns e baratos, como o manganês, poderia reduzir significativamente os custos de produção do hidrogénio e de outros combustíveis solares.

A perspectiva de uma fotossíntese artificial eficaz, que resolva vários problemas de produção de energia e de redução do dióxido de carbono na atmosfera, não só se torna mais realista, mas é também um passo em direção à produção sustentável de energia.