Fotovoltaico e Fotosintesi Artificiale: da un Nuovo Sistema Ibrido la Fotosintesi “Potenziata”

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Un gruppo di ricerca dell’Ipcf-Cnr ha realizzato un più efficiente apparato fotosintetico, frutto della combinazione di elementi naturali e molecole di sintesi, che può facilitare lo sfruttamento dell’energia solare. La ricerca è pubblicata su Angewandte Chemie.

Alcuni ricercatori dell’Istituto per i processi chimico-fisici del Consiglio nazionale delle ricerche (Ipcf-Cnr) di Bari hanno introdotto un nuovo approccio nel campo della conversione della luce solare in energia e sintetizzato un sistema ibrido, costituito da componenti naturali e strutture molecolari sintetiche, che potrebbe aprire nuove vie per la raccolta e lo sfruttamento dell’energia solare. Lo studio è stato pubblicato su Angewandte Chemie.

“Abbiamo combinato il ‘cuore’ dell’apparato fotosintetico di un batterio con una molecola sintetica capace di assorbire luce efficacemente, potenziando in tal modo la capacità del sistema naturale”, spiega Massimo Trotta dell’Ipcf-Cnr. “In tutti gli organismi naturali alimentati dalla fotosintesi, l’organizzazione funzionale dell’apparato è la stessa: complessi di proteine e pigmenti catturano la luce come un’antenna e la guidano a un centro di reazione, dove l’energia è convertita in coppie di cariche opposte: un elettrone carico negativamente viene separato dalla molecola di provenienza, lasciandovi una ‘buca’ carica positivamente”.

Fotosintesi Artificiale, Nanostrutture e Semiconduttori

Questo stato, per poter essere utilizzato, deve essere però mantenuto abbastanza a lungo: “Di recente sono stati sviluppati dei sistemi totalmente sintetici che catturano efficacemente la luce, ma il tempo di vita degli stati a cariche separate generati è dell’ordine dei millisecondi. Per superare questa limitazione, nei sistemi ibridi, si combinano un ‘fotoconvertitore’ naturale e un assorbitore artificiale di luce: finora sono stati utilizzati i ‘quantum dots’, ossia nanostrutture realizzate con materiali semiconduttori”, prosegue Francesco Milano, un altro autore della ricerca.

Il gruppo di ricercatori baresi ha invece impiegato come antenna artificiale un assorbitore molecolare progettato ad hoc, che possiede numerosi vantaggi rispetto ai ‘quantum dots’. “La varietà strutturale sta nell’utilizzo di composti organici che permettono una modulazione molto precisa delle proprietà fotofisiche ed elettroniche dell’assorbitore”, spiegano Angela Agostiano e Gianluca M. Farinola dell’Università di Bari che hanno collaborato al progetto. “La forma e la flessibilità molecolare possono così essere controllate in modo tale che l’antenna artificiale non alteri la reazione naturale e che sia inserita sul centro di reazione nei siti desiderati, in modo da massimizzarne l’efficacia”.

I ricercatori Ipcf-Cnr sono riusciti a combinare l’antenna molecolare da loro ideata con il centro di reazione del batterio rosso ‘Rhodobacter sphaeroides R26′. “Questo consente di potenziare l’attività del microrganismo, estendendola a una regione dello spettro della luce solare che non viene assorbita dal sistema biologico originario, dimostrando che è possibile disegnare ibridi organico-biologici che, in opportune condizioni, risultino più performanti del sistema naturale”, conclude Trotta.