15 Sep. Molekül für künstliche Fotosynthese entwickelt
Forscher der Universität Basel haben ein Molekül vorgestellt, das bei Lichteinwirkung gleichzeitig zwei positive und zwei negative Ladungen speichert. Dieser Vorgang gilt als zentraler Schritt auf dem Weg zu künstlicher Fotosynthese, die langfristig CO2-neutrale Treibstoffe ermöglichen könnte. Über die Ergebnisse berichten Professor Oliver Wenger und Mathis Brändlin in Nature Chemistry.
Pflanzen wandeln mittels Fotosynthese Kohlendioxid und Wasser in Zucker um und speichern so Sonnenenergie in chemischer Form. Die Forschung verfolgt seit Jahren das Ziel, diesen Prozess technisch nachzubilden, um Solartreibstoffe wie Wasserstoff, Methanol oder synthetisches Benzin zu erzeugen. Werden solche Treibstoffe verbrannt, setzen sie nur die Menge an CO2 frei, die zuvor bei ihrer Herstellung gebunden wurde. Damit gelten sie als klimaneutral.
Das Molekül aus Basel besteht aus fünf Segmenten: Zwei Bausteine geben bei Lichteinfluss Elektronen ab und werden positiv geladen. Zwei gegenüberliegende Einheiten nehmen Elektronen auf und werden negativ geladen. Ein zentrales Element absorbiert das Licht und löst den Elektronentransfer aus. So lässt sich die Energie von Photonen gezielt in chemische Speichervorgänge überführen.
Vierfachladung in zwei Blitzen erzeugt
Die Wissenschaftler erzeugten die vier Ladungen in zwei Schritten. Ein erster Lichtblitz führte zu einer positiven und einer negativen Ladung, die an die entgegengesetzten Enden des Moleküls wandern. Ein zweiter Lichtblitz wiederholte den Vorgang, sodass insgesamt zwei positive und zwei negative Ladungen entstanden.
Damit gelang es, in einem einzelnen Molekül ein doppeltes Ladungspaar stabil zu speichern. Mathis Brändlin erklärt: „Diese schrittweise Anregung erlaubt es, deutlich schwächeres Licht zu nutzen. Wir bewegen uns damit schon in der Nähe der Stärke von Sonnenlicht.“ Er wies darauf hin, dass frühere Experimente extrem starkes Laserlicht benötigten. „Ausserdem bleiben die Ladungen im Molekül lange genug stabil, um sie für weitere chemische Reaktionen zu nutzen.“
Ein vollständiges künstliches Fotosyntheseverfahren ist damit noch nicht erreicht; die neuen Resultate sollen jedoch helfen, Elektronentransfers in solchen Molekülen besser zu verstehen.
Originalveröffentlichung
[M. Brändlin, B. Pfund, O. S. Wenger: Photoinduced Double Charge
Accumulation in a Molecular Compound, Nature Chemistry (2025), DOI: 10.1038/s41557-025-01912-x]
Quelle: www.unibas.ch
Bild: Deyanira Geisnæs Schaad