Pentada, czyli molekularny magazyn energii
Nowo opracowana struktura, nazwana przez naukowców pentadą, składa się z pięciu precyzyjnie połączonych komponentów. Działa jak miniaturowy system produkcyjny, w którym dwa donory elektronów, centralny fotosensytyzator i dwa akceptory elektronów współpracują w złożonym procesie. Dwuetapowy mechanizm działania rozpoczyna się od transferu ładunków na odległość około 4,4 nanometra wywołanego pierwszym błyskiem światła. Powstały w ten sposób stan magazynuje 1,3 elektronowolta energii przez imponujące 120 mikrosekund. Drugi impuls świetlny aktywuje dodatkowe ładunki, tworząc stan oznaczony jako CSS-3. Ten finalny etap przechowuje aż 3,0 elektronowolta energii, co stanowi około dwukrotność wartości typowo osiąganej w podobnych systemach molekularnych.
Czytaj też: Most nad Wielkim Kanionem Huajiang przeszedł testy. Najwyższy most świata otworzy się we wrześniu
Chyba najciekawszym aspektem tego odkrycia jest zdolność do funkcjonowania przy świetle o natężeniu zbliżonym do naturalnego. Wcześniejsze rozwiązania wymagały specjalistycznych laserów o wysokiej mocy, co znacznie ograniczało ich praktyczne zastosowanie.
To stopniowe wzbudzanie umożliwia wykorzystanie znacznie słabszego światła. Dzięki temu zbliżamy się już do intensywności światła słonecznego — wyjaśnia Mathis Brändlin
Rzeczywiście, nowa strategia pozwala na pracę przy natężeniu światła niższym o pięć rzędów wielkości w porównaniu do konwencjonalnych układów. Wydajność kwantowa całego procesu sięga 37%, co oznacza, że ponad jedna trzecia fotonów jest efektywnie przekształcana w zmagazynowaną energię chemiczną.
Kluczowa stabilność przechowywanej energii
Głównym wyzwaniem wcześniejszych prób był wyjątkowo krótki czas życia magazynowanych ładunków, które często rozpadały się w czasie pikosekund. Szwajcarska pentada radykalnie poprawia ten parametr, wydłużając stabilność do 120 mikrosekund. Ta poprawa, sięgająca współczynnika od 10 tysięcy do 10 milionów razy, otwiera realne możliwości praktycznego wykorzystania zgromadzonej energii do produkcji paliw takich jak wodór czy metanol. Naukowcy zachowują umiarkowany optymizm co do praktycznego zastosowania swojego odkrycia. Profesor Oliver Wenger, kierujący zespołem, podkreśla, że ich praca stanowi tylko jeden element większej układanki.
Czytaj też: Japonia postawiła na nowe źródło energii. Elektrownia osmotyczna zmieni tamtejszą energetykę
Ostatecznym celem tych badań jest stworzenie systemu zdolnego do przekształcania światła słonecznego w paliwa neutralne pod względem emisji dwutlenku węgla. Choć droga do komercjalizacji wydaje się daleka, sama demonstracja działania sztucznej fotosyntezy przy użyciu naturalnego światła słonecznego stanowi istotny krok naprzód. Wyniki badań opublikowano w Nature Chemistry. Pozostaje jednak pytanie, czy i kiedy uda się przełożyć laboratoryjny sukces na praktyczne rozwiązania energetyczne. Na odpowiedź przyjdzie nam prawdopodobnie poczekać jeszcze nieco lat.