Dengan fotosintesis buatan, umat manusia dapat memanfaatkan energi matahari untuk mengikat karbon dioksida dan menghasilkan hidrogen. Ahli kimia Würzburg telah mengambil langkah ini lebih jauh.
Fotosintesis adalah proses yang luar biasa: tanaman menggunakannya untuk menghasilkan molekul gula dan oksigen dari bahan awal sederhana karbon dioksida dan air. Mereka menarik energi yang mereka butuhkan untuk proses kompleks ini dari sinar matahari.
Jika manusia dapat meniru fotosintesis, itu akan memiliki banyak keuntungan. Energi bebas dari matahari dapat digunakan untuk menghilangkan karbon dioksida dari atmosfer dan menggunakannya untuk membangun karbohidrat dan zat berguna lainnya. Juga dimungkinkan untuk menghasilkan hidrogen, karena fotosintesis membagi air menjadi komponen oksigen dan hidrogen.
Fotosintesis: Proses yang kompleks dengan banyak peserta
Jadi tidak mengherankan bahwa banyak peneliti sedang mengerjakan fotosintesis buatan. Ini tidak mudah, karena fotosintesis adalah proses yang sangat kompleks: itu terjadi dalam sel tanaman dalam banyak langkah individu dan melibatkan banyak pewarna, protein, dan molekul lainnya. Namun, sains terus -menerus membuat kemajuan baru.
Salah satu peneliti terkemuka di bidang fotosintesis buatan adalah profesor ahli kimia Frank Würthner dari Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg di Bavaria, Jerman. Timnya sekarang telah berhasil meniru salah satu langkah pertama fotosintesis alami dengan pengaturan canggih pewarna buatan dan menganalisisnya lebih tepat.
Hasilnya diperoleh bekerja sama dengan kelompok Profesor Dongho Kim di Universitas Yonsei di Seoul (Korea). Mereka telah diterbitkan di jurnal Kimia Alam.
Transportasi energi yang cepat dan efisien dalam sistem penumpukan
Para peneliti telah berhasil mensintesis tumpukan pewarna yang sangat mirip dengan peralatan fotosintesis dalam sel tanaman – ia menyerap energi cahaya di satu ujung, menggunakannya untuk memisahkan pembawa muatan dan mentransfernya selangkah demi selangkah ke ujung lainnya melalui pengangkutan elektron. Strukturnya terdiri dari empat molekul pewarna bertumpuk dari kelas perylene bisimide.
'Kami secara khusus dapat memicu transportasi muatan dalam struktur ini dengan cahaya dan telah menganalisisnya secara rinci. Itu efisien dan cepat. Ini adalah langkah penting menuju pengembangan fotosintesis buatan, 'kata kandidat JMU PhD Leander Ernst, yang mensintesis struktur yang ditumpuk.
Kabel supramolekul sebagai tujuan dari pekerjaan penelitian
Selanjutnya, tim peneliti JMU ingin memperluas nanosistem molekul pewarna bertumpuk dari empat ke komponen lebih banyak – dengan tujuan akhirnya menciptakan semacam kawat supramolekul yang menyerap energi ringan dan mengangkutnya dengan cepat dan efisien pada jarak yang lebih jauh. Ini akan menjadi langkah lebih lanjut menuju bahan photofunctional baru yang dapat digunakan untuk fotosintesis buatan.
Publikasi
Photoinduced Stepwise Charge Hopping di-array Donor-akseptor per-bridge-bridge-bridge-tridge. Leander Ernst, lagu Hongwei, Dongho Kim, Frank Würthner. Nature Chemistry, 14 Maret 2025, doi 10.1038/s41557-025-01770-7
