Una pellicola di sapone con lati chimicamente distinti rappresenta l'ultima svolta nella ricerca guidata dal chimico Sylvestre Bonnet. Questa pellicola di sapone unica, insieme a un dispositivo innovativo in grado di produrre continuamente nuove pellicole di sapone, costituisce un pezzo cruciale nel puzzle per lo sviluppo della fotosintesi artificiale. Lo studio è pubblicato in Physical Review Letters .
Le piante possiedono una capacità unica:forniscono loro abbastanza ossigeno e acqua e, con l'aiuto della luce solare, convertono questi ingredienti in ossigeno e zucchero, la loro fonte di energia. I ricercatori stanno esplorando modi per imitare questo processo, con l'obiettivo di produrre carburante sostenibile al posto dello zucchero utilizzando molecole sensibili alla luce.
Ciò potrebbe essere ottenuto in vari modi. Tuttavia, nel progetto SoFia, completato nell'estate del 2023, Bonnet e i suoi colleghi si sono concentrati sulle pellicole di sapone.
"Qui imitiamo la membrana e le molecole sensibili alla luce che una pianta utilizza per la fotosintesi", spiega. "Il sapone è un materiale economico e richiede poca energia per creare le pellicole di sapone."
L’obiettivo finale è produrre monossido di carbonio (CO). Bonnet afferma:"Un ingrediente cruciale per il syngas, una miscela di monossido di carbonio e gas idrogeno, questa miscela di gas può quindi essere riconvertita in carburante liquido, adatto ai veicoli."
Il team ha sviluppato una macchina che aggiunge molecole fotosensibili al sapone e poi produce un flusso continuo di bolle di sapone uniformi. Sotto l'influenza della luce e nelle giuste condizioni, la fotosintesi può eventualmente avvenire sulle pellicole di sapone di queste bolle. In caso di successo, i prodotti finali della reazione fotochimica vengono automaticamente separati sul fondo del dispositivo.
C’era però un problema:la fotosintesi richiede una pellicola di sapone chimicamente diversa su entrambi i lati. "Questo è un aspetto fondamentale in natura", spiega Bonnet. "Quando si converte l'energia in un'altra forma di energia, è necessaria l'asimmetria. Anche la membrana cellulare di una pianta è asimmetrica, così come la nostra pelle. Su scala più ampia, si può pensare a un motore, dove l'energia chimica viene convertita in movimento. Un motore funziona sempre in una direzione."
Naturalmente i lati di una pellicola di sapone sono chimicamente identici. I ricercatori dovevano trovare un modo per alterare la chimica senza rompere la fragile pellicola di sapone o, in altre parole, senza far scoppiare le bolle.
Bonnet spiega:"Abbiamo dovuto applicare molecole diverse su entrambi i lati, ma è stato piuttosto impegnativo. Quando abbiamo provato con una pipetta, le bolle sono scoppiate. Alla fine, abbiamo utilizzato uno speciale spray nebulizzato realizzato dal collega Cees van Rijn dell'Università di Amsterdam Con quello spray, abbiamo potuto applicare delicatamente le nostre molecole sensibili alla luce sulla pellicola di sapone. La spettrometria ha confermato che i due lati della pellicola di sapone risultante sono effettivamente diversi."
Ora esiste una macchina che produce automaticamente pellicole di sapone e una tecnica per preparare chimicamente queste pellicole alla fotosintesi. "Abbiamo anche sperimentato la produzione di idrogeno facendo brillare la luce blu sulla schiuma fotocatalitica", aggiunge Bonnet.
"Ora dobbiamo combinare questi tre passaggi. L'obiettivo finale:una macchina che crea pellicole di sapone asimmetriche. Che, quando si illumina con la luce, fornisce carburante da un lato e ossigeno dall'altro. Questo è piuttosto rivoluzionario e ambizioso. Tuttavia, abbiamo già diversi pezzi cruciali del puzzle e siamo sulla strada giusta."
Ulteriori informazioni: Nidhi Kaul et al, Realizzare architetture che rompono la simmetria nei film di sapone, Lettere di revisione fisica (2024). DOI:10.1103/PhysRevLett.132.028201
Informazioni sul giornale: Lettere di revisione fisica
Fornito dall'Università di Leiden
