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Segunda-feira, Maio 16, 2022

Nova pesquisa sobre moléculas em forma de anel avança soluções de energia limpa

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Porfirinas

Gary Moore e seus colegas descrevem o uso de moléculas em forma de anel conhecidas como porfirinas, vistas neste gráfico. Tais moléculas, entre os pigmentos mais abundantes na natureza, são conhecidas por sua capacidade de acelerar ou catalisar reações químicas, incluindo reações importantes que ocorrem em sistemas vivos. Eles são componentes úteis para o projeto de sistemas fotossintéticos artificiais. Crédito: Gráfico de capa para o jornal por Jason Drees

Moléculas em forma de anel conhecidas como porfirinas têm potencial como catalisador eficaz.

Atender às crescentes necessidades energéticas da sociedade tornou-se um grande desafio para a humanidade. Espera-se que as demandas por energia quase dobrem até o ano 2050, enquanto os efeitos das mudanças climáticas, causadas pela queima de combustíveis fósseis, já estão causando estragos na forma de secas, incêndios florestais, inundações e outros desastres.

Gary Moore, pesquisador do Centro de Biodesign da Universidade Estadual do Arizona para Descoberta Estrutural Aplicada e da Escola de Ciências Moleculares da ASU, acredita que a química desempenhará um papel vital no desenvolvimento de soluções limpas para o crescente dilema energético do mundo.

Na pesquisa, que apareceu na capa da revista ChemElectroChem, Moore e seus colegas descrevem o uso de moléculas em forma de anel conhecidas como porfirinas. Tais moléculas, entre os pigmentos mais abundantes na natureza, são conhecidas por sua capacidade de acelerar ou catalisar reações químicas, incluindo reações importantes que ocorrem em sistemas vivos.

Entre essas reações está a conversão da energia radiante do sol em energia química armazenada em ligações moleculares, um processo explorado por plantas e micróbios fotossintéticos. Essa energia química pode então ser usada para alimentar o metabolismo do organismo, através do processo de respiração celular.

Gary Moore

Gary Moore é pesquisador do Centro de Biodesign para Descoberta Estrutural Aplicada e da Escola de Ciências Moleculares da ASU. Crédito: The Biodesign Institute da Arizona State University

Pesquisadores como Moore esperam pegar uma página da cartilha da natureza, criando análogos sintéticos aos processos naturais de fotossíntese. O novo estudo descreve uma porfirina sintética contendo diferro e explora seu potencial como um catalisador eficaz.

“Em vez de explorar os produtos da fotossíntese natural, podemos nos inspirar em nosso conhecimento de fotossíntese para abrir novos materiais e tecnologias com propriedades e capacidades que rivalizam com as de seus homólogos biológicos”, disse Moore.

As porfirinas e seus análogos estruturalmente relacionados são encontrados em abundância em todo o mundo biológico. Eles agem para ligar uma variedade de íons metálicos para realizar tarefas celulares distantes. As moléculas de clorofila, por exemplo, ligam o magnésio (um estágio químico crucial na fotossíntese das plantas), enquanto o heme – uma porfirina contendo ferro – ajuda a organizar o transporte molecular de oxigênio e dióxido de carbono e fornece as cadeias de transporte de elétrons necessárias para a respiração celular. Devido ao seu papel de comando nos processos vitais, as anormalidades das porfirinas são responsáveis ​​por uma série de doenças graves.

As porfirinas também podem ser usadas como catalisadores em dispositivos sintéticos conhecidos como células eletroquímicas, que convertem energia química em energia elétrica, ou vice-versa. Embora a energia radiante do sol possa ser armazenada em tipos convencionais de baterias, tais aplicações são limitadas por suas densidades de baixa energia em comparação com os combustíveis usados ​​no transporte moderno.

Os esforços de Moore para projetar sistemas fotossintéticos artificiais podem fornecer uma peça valiosa do quebra-cabeça da energia renovável, produzindo combustíveis “não baseados em fósseis”, bem como uma série de commodities benéficas.

Tais dispositivos permitiriam a captura e armazenamento de energia solar para uso quando e onde for necessário e podem ser construídos com produtos químicos que são muito mais baratos e mais abundantes do que os materiais atualmente em uso para aplicações convencionais de energia solar.

Referência: “Química de seis elétrons de uma porfirina binuclear Fe(III)” por Edgar A. Reyes Cruz, Daiki Nishiori, Dr. Brian L. Wadsworth, Dr. Diana Khusnutdinova, Dr. Timothy Karcher, Dr. Gautier Landrot, Dr. . Benedikt Lassalle-Kaiser e Prof. Dr. Gary F. Moore, 31 de agosto de 2021, ChemElectroChem.
DOI: 10.1002/celc.202101101

O artigo foi selecionado para a capa da edição atual da revista, com um gráfico descritivo produzido por Jason Drees, líder de desenvolvimento multimídia da ASU, e faz parte de uma coleção especial dedicada ao professor Jean-Michel Savéant.





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