Verso nuovi materiali che usano la luce per produrre combustibili

Molecole organiche colorate che assorbono la luce e che nell'acqua si aggregano spontaneamente, formando strutture ordinate e fluorescenti : sono i mattoni di futuri materiali capaci di usare la luce per generare reazioni chimiche e produrre combustibili . Inseguiti a lungo, finora non erano stati realizzati perchè era difficile far aggregare i loro componenti. L'ostacolo è stato aggirato grazie alla ricerca italiana, coordinata dall'Università di Padova e pubblicata sulla rivista Nature Chemistry. Hanno collaborato l'Università di Bologna, l'Università di Modena e Reggio Emilia e l'azienda Rigaku Europe.

La scoperta ha permesso di definire il nuovo fenomeno chiamato 'fotocatalisi indotta dall'aggregazione', nel quale le alcune molecole, invece di spegnersi quando si aggregano, emettono una maggiore quantità di luce perché il loro movimento interno viene bloccato e nello stesso tempo diventano più efficaci nel convertire la luce in reattività chimica.

"Quando le molecole si auto-assemblano in acqua diventano più rigide . Questa rigidità fa sì che l' energia assorbita dalla luce , invece di disperdersi attraverso movimenti molecolari, possa essere indirizzata verso stati eccitati utili ad attivare reazioni chimiche ", osserva Luka Dordevic, docente del Dipartimento di Scienze chimiche dell'Università di Padova e coordinatore della ricerca. L'augurio, aggiunge, è che "la fotocatalisi indotta dall'aggregazione possa diventare un nuovo principio per sviluppare materiali organici sostenibili per la conversione dell' energia solare in prodotti chimici ".

"Uno degli aspetti più importanti dello studio è che questo fenomeno non sembra limitato a una sola classe di molecole ", dice Marianna Barbieri, prima autrice dello studio e dottoranda in Materials Science and Technology dell'Università di Padova. "Lo abbiamo osservato con varie famiglie di molecole organiche , anche diverse tra loro. Questo - rileva - suggerisce che la fotocatalisi indotta dall'aggregazione possa diventare un principio generale per progettare nuovi materiali organici capaci di usare la luce per promuovere reazioni chimiche".

I test eseguiti finora indicano che i materiali possono generare acqua ossigenata oppure idrogeno , dimostrando come un unico principio di progettazione possa essere applicato a diverse reazioni della fotosintesi artificiale. Per un altro autore della ricerca, David Cappelletti dell'Università di Padova, "un risultato importante è che l' aggregazione non cambia chimicamente il colorante , ma modifica il modo in cui la molecola usa l'energia assorbita dalla luce".