فتوسنتز مصنوعی ممکن شد

فتوسنتز یکی از حیاتی‌ترین پدیده‌های طبیعت است. فتوسنتز نه‌تنها بیشتر اکسیژن مورد مصرف ما انسان‌ها را تأمین می‌کند، بلکه غذا و انرژی مورد نیاز گیاهان را نیز در اختیارشان قرار می‌دهد. فتوسنتز نور مرئی را که خورشید به‌وفور به سطح سیاره‌ی زمین می‌تاباند، تبدیل به سوخت مورد نیاز گیاهان می‌کند. محققان در تلاش‌اند تا با الهام از این سازوکار طبیعی، فرایندی آزمایشگاهی برای تولید انواع سوخت‌ها (به‌خصوص متان) طراحی کنند.

اکنون گروه‌هایی از شیمی‌دانان آزمایشگاه ملی نیوهیون و دانشگاه ویرجینیا تک برای این منظور، دو ابرمولکول طراحی کرده‌اند که هر دو از تعدادی یون فلزی جاذب نور روتنیم (Ru) متصل به یک ساختار کاتالیستی مرکزی متشکل از یون‌های فلزی رودیم (Rh) درست شده‌اند. نتایج این تحقیقات در مجله‌ی علمی معتبر American Chemical Society به چاپ رسیده است. جرالد منبک، نویسنده‌ی اصلی این مقاله، در مصاحبه‌ی خود می‌گوید:

ساختار ابرمولکول‌ها با جاذب‌های نور متعدد که جدا از هم عمل می‌کنند؛ احتمال استفاده‌ی کارآمد از انرژی هر الکترون جذب‌شده را به نحو محسوسی افزایش می‌دهد.

گرچه هر دوی این ابرمولکول‌ها توانایی انجام فتوسنتز مصنوعی دارند؛ محققان به دنبال تعیین ساختار کارآمدتر از این بین هستند. یافته‌ها نشان می‌دهند ابرمولکولی که از شش جاذب نوری روتتنیم بهره می‌برد، قادر به تولید ۲۸۰ مولکول هیدروژن به ازای هر کاتالیست در زمان ۱۰ ساعت است. در طرف دیگر، ابرمولکول دوم که تنها سه یون جاذب نوری روتنیوم در ساختار خود دارد، توان تولید بیش از ۴۰ مولکول هیدروژن در یک بازه‌ی ۴ ساعته را نداشت و پس از آن کارایی خود را از دست داد.

اتسوکو فوجیتا، یکی از دیگر نویسندگان این پژوهش، در این باره توضیح می‌دهد:

برای تسریع واکنش و افزایش کارایی آن باید کاتالیزور رودیمی مرکزی ساختار این دو ابرمولکول از لحاظ انرژی در سطح پایینی باشد تا بتواند الکترون‌های جذب‌شده توسط جاذب‌های روتنیمی در معرض تابش را هرچه راحت‌تر دریافت کند.

ساختار ابرمولکولی بزرگ‌تر از این نظر در سطح انرژی پایین‌تری قرار دارد و الکترون‌های حاصل از فتوسنتز مصنوعی را بهتر دریافت می‌کند. این پژوهش‌ها گام بزرگی برای درک اهداف محققان بسیاری است که تلاش می‌کنند تا از فتوسنتز برای تولید انرژی و سوخت پاک استفاده کنند. یکی دیگر از مزایای فتوسنتز مصنوعی، جذب آلاینده‌های موجود در هوا است؛ زیرا این فرآیند نیز مانند فرآیند طبیعی، از انرژی تابشی برای تثبیت دی‌اکسید کربن موجود در هوا استفاده می‌کند. بنابراین بها دادن به پروژه‌های فتوسنتز مصنوعی می‌تواند زدن دو نشان با یک تیر باشد: کاهش آلایندگی کربنی و تأمین انرژی پاک.