Utilizar la luz para producir medicamentos y plásticos de forma más eficiente
Cómo multiplicar por diez la eficiencia energética de las reacciones fotoquímicas
Cualquiera que quiera producir medicamentos, plásticos o fertilizantes con métodos convencionales necesita calor para las reacciones químicas, pero no ocurre lo mismo con la fotoquímica, en la que la luz proporciona la energía. Además, el proceso para obtener el producto deseado suele requerir menos pasos intermedios. Investigadores de la Universidad de Basilea van ahora un paso más allá y demuestran cómo se puede multiplicar por diez la eficiencia energética de las reacciones fotoquímicas. Las aplicaciones sostenibles y rentables están cada vez más cerca.
Las reacciones químicas industriales suelen producirse en varias etapas a través de diversos productos intermedios. La fotoquímica permite atajos, lo que significa que se necesitan menos pasos intermedios. La fotoquímica también permite trabajar con sustancias menos peligrosas que en la química convencional, ya que la luz produce una reacción en sustancias que no reaccionan bien con el calor. Sin embargo, hasta ahora no ha habido muchas aplicaciones industriales de la fotoquímica, en parte porque el suministro de energía con luz suele ser ineficiente o crear subproductos no deseados.
El grupo de investigación dirigido por el profesor Oliver Wenger, de la Universidad de Basilea, describe ahora un principio fundamental que tiene un impacto inesperadamente fuerte en la eficiencia energética de la fotoquímica y puede aumentar la velocidad de las reacciones fotoquímicas. Sus resultados se publican en Nature Chemistry.
En este tipo de reacciones, las moléculas de partida se encuentran en una solución líquida. Si reciben energía en forma de luz, pueden intercambiar electrones entre sí y formar radicales. Estas moléculas extremadamente reactivas siempre se presentan en pares y permanecen rodeadas de disolvente, que encierra los pares de radicales como una especie de jaula. Para que los radicales puedan seguir reaccionando y dar lugar a los productos deseados, tienen que "salir" de esta jaula y encontrar un compañero de reacción fuera de ella. El equipo que rodea a Wenger y a su postdoctorado, el Dr. Cui Wang, identificó este proceso de liberación como un paso decisivo que limita la eficiencia energética y la velocidad de las reacciones fotoquímicas.
Los radicales se liberan
Mientras los radicales permanezcan en parejas en la jaula del disolvente, pueden reaccionar espontáneamente entre sí para volver a los materiales de partida. Esta reacción inversa desperdicia energía porque sólo utiliza la luz ya absorbida para volver al punto de partida. El equipo de Basilea consiguió ralentizar esta reacción inversa y, por tanto, dar más tiempo a los radicales para abandonar la jaula. Cuanto más se alargaba la reacción inversa no deseada, más radicales podían salir y más eficientes energéticamente y más rápido se desarrollaban los productos diana deseados.
Wang, que ahora ocupa el cargo de profesora adjunta en la Universidad de Osnabrück, utilizó en su estudio dos tintes concretos, ambos de los cuales absorben la luz y almacenan su energía durante un breve periodo antes de utilizarla para formar pares de radicales. Sin embargo, uno de los dos tintes examinados fue capaz de almacenar mucha más energía que el otro y transferirla a los radicales. Gracias a la energía adicional, los radicales pudieron abandonar la jaula del disolvente hasta diez veces más eficazmente. En consecuencia, los productos objetivo se producen con una eficiencia energética hasta diez veces superior. "Esta relación directa entre la salida de los radicales de la jaula del disolvente y la formación eficaz de los productos diana es asombrosamente clara", afirma Wang.
Los colorantes son la clave
El hallazgo clave es que ciertos tintes pueden liberar más radicales que otros por la cantidad de luz absorbida. "La elección del colorante puede servir para aumentar la eficiencia energética de las reacciones fotoquímicas", subraya Wenger. A su vez, afirma que la eficiencia energética es también un criterio decisivo para el uso industrial de la fotoquímica.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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