Avances hacia la fotosíntesis artificial por combinación de catálisis bioinspirada y nanociencia

Un equipo de investigadores de CIC biomaGUNE (Donostia-San Sebastián) (España), Universidad de Trieste, Ferrara y Mesina (Italia), Institutos ITM e ISOF (Italia), Elettra-Sincrotone de Trieste (Italia), Universidad Tecnológica de Graz (Austria) y Universidad de Erlangen (Alemania) ha avanzado en la división del agua en hidrógeno y oxígeno a través de la combinación de la catálisis bioinspirada y la nanociencia.

Los resultados de la investigación, publicados en la revista Nature Chemistry, identifican una especie de “bloques de Lego” funcionales que imitan lo esencial de la maquinaria de la hoja. El trabajo no replica la perfección idéntica de los sistemas biológicos y su arquitectura frágil, sino que explora alternativas artificiales, diseñadas con componentes sintéticos altamente robustos, versátiles y ajustables, que son fácilmente escalables.

“Hemos logrado de forma artificial la pieza funcional más pequeña que compone la hoja. Hemos combinado un foto sensibilizador con un catalizador para hacer la división del agua en sus dos elementos a través de la luz y replicar un proceso que en la naturaleza se hace con la fotosíntesis pero que en el laboratorio es muy difícil de lograr. La novedad es que lo hemos hecho con elementos moleculares bien caracterizados y con mayor rendimiento”, explica Maurizio Prato, profesor Ikerbasque en CIC biomaGUNE donde lidera el área de Nanobiotecnología del Carbono.

"La división del agua es un sueño largamente buscado. Fue uno de mis temas de investigación hace mucho tiempo", dice el profesor Jean-Pierre Sauvage del Institute de Science et d’Ingénierie Supramoléculaires (ISIS) de  Estrasburgo, Premio Nobel de Química en 2016. “Es un proceso extremadamente arduo, con muchos grupos de investigación que intentan imitar a la naturaleza, pero que aún están lejos de conseguir. Esta investigación abre nuevas perspectivas y nuevas posibilidades. El autoensamblaje de un sensibilizador robusto con un catalizador eficiente genera un sistema extremadamente fascinante y eficiente para oxidar el agua a oxígeno, un paso fundamental hacia la división del agua".

Maurizio Prato. (Foto: CIC biomaGUNE)

El investigador de CIC biomaGUNE Maurizio Prato explica el gran avance que ofrece su último trabajo. “En esta investigación, hemos utilizado un semiconductor orgánico robusto y versátil para fabricar un marco fotoactivo alrededor del centro catalítico para transferir electrones y ralentizar la recombinación”.

El hidrógeno y el oxígeno se combinan para formar agua en un proceso que es altamente energético. Genera mucha energía, similar a la que se obtiene cuando un hidrocarburo como  el metano o la gasolina se quema en el motor de un coche. “Lo ideal sería hacer un motor que funciona con hidrógeno, que se combina con oxígeno y genera agua y energía que permite mover el vehículo. Hacer hidrógeno ahora cuesta mucho. Estamos intentando hacerlo y que sea rentable económicamente. Es un tema muy competitivo y nosotros hemos logrado un sistema molecular que va a permitir avances importantes”, concluye Maurizio Prato. (Fuente: CIC biomaGUNE)