Med artificiell fotosyntes skulle människan kunna utnyttja solenergi för att binda koldioxid och producera väte. Kemister från Würzburg och Seoul har tagit detta ett steg längre: De har syntetiserat en stapel färgämnen som kommer mycket nära växternas fotosyntesapparat. Den absorberar ljusenergi, använder den för att separera laddningsbärare och överför dem snabbt och effektivt i stapeln.
Fotosyntesen är en fantastisk process: växter använder den för att producera sockermolekyler och syre från de enkla utgångsmaterialen koldioxid och vatten. Den energi som behövs för denna komplexa process får de från solljuset.
Om människan kunde imitera fotosyntesen skulle det innebära många fördelar. Den fria energin från solen skulle kunna användas för att ta bort koldioxid från atmosfären och använda den för att bygga upp kolhydrater och andra nyttiga ämnen. Det skulle också vara möjligt att producera väte, eftersom fotosyntesen delar upp vatten i komponenterna syre och väte.
Fotosyntesen: En komplex process med många deltagare
Det är därför inte konstigt att många forskare arbetar med artificiell fotosyntes. Det är inte lätt, eftersom fotosyntesen är en extremt komplex process: den äger rum i växternas celler i många enskilda steg och involverar många färgämnen, proteiner och andra molekyler. Vetenskapen gör dock ständigt nya framsteg.
En av de ledande forskarna inom området artificiell fotosyntes är kemisten professor Frank Würthner från Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg i Bayern, Tyskland. Hans team har nu lyckats efterlikna ett av de första stegen i den naturliga fotosyntesen med ett sofistikerat arrangemang av artificiella färgämnen och analysera det mer exakt.
Resultaten har uppnåtts i samarbete med professor Dongho Kims grupp vid Yonsei University i Seoul (Korea). De har publicerats i Nature Chemistry.
Forskarna har lyckats syntetisera en stapel färgämnen som är mycket lik den fotosyntetiska apparaten i växtceller – den absorberar ljusenergi i ena änden, använder den för att separera laddningsbärare och överför dem steg för steg till den andra änden via transport av elektroner. Strukturen består av fyra staplade färgämnesmolekyler från klassen perylenbisimider.
”Vi kan specifikt trigga laddningstransporten i den här strukturen med ljus och har analyserat den i detalj. Den är effektiv och snabb. Detta är ett viktigt steg mot utvecklingen av artificiell fotosyntes”, säger JMU:s doktorand Leander Ernst, som syntetiserade den staplade strukturen.
I nästa steg vill JMU:s forskargrupp utöka nanosystemet av staplade färgmolekyler från fyra till fler komponenter – med målet att i slutändan skapa en slags supramolekylär tråd som absorberar ljusenergi och transporterar den snabbt och effektivt över längre avstånd. Detta skulle vara ytterligare ett steg mot nya fotofunktionella material som kan användas för artificiell fotosyntes.
För mer information: Photoinduced stepwise charge hopping in π-stacked perylene bisimide donor-bridge-acceptor arrays, Nature Chemistry (2025). DOI: 10.1038/s41557-025-01770-7
