No centro da conversão de energia, elétrons e prótons se movem em uma dança complexa e coordenada. Químicos em Yale e na Suécia dizem que podem ter aprendido os passos para uma nova rumba fotoquímica.
A descoberta, publicada na revista Science , poderia fornecer insights sobre a forma como o mundo natural converte a energia solar em combustível, como na fotossíntese. Esse conhecimento pode ajudar no projeto de novas tecnologias de energia solar e células solares.

"Embora seja raro descobrir um novo tipo de mecanismo fundamental, este sistema molecular foi preparado para revelar um comportamento tão intrigante", disse Sharon Hammes-Schiffer, Sterling Professor de Química em Yale. "Este trabalho só foi possível através de uma forte colaboração entre teoria e experimento."

Hammes-Schiffer é co-autor correspondente do estudo, juntamente com James Mayer, professor de química Charlotte Fitch Roberts em Yale, e Leif Hammarström, professor de química da Universidade de Uppsala, na Suécia.

O novo estudo amplia o trabalho anterior dos pesquisadores, no qual descobriram que certas moléculas, quando irradiadas, podem exibir um efeito conhecido como região invertida de Marcus (MIR). No MIR, uma reação de transferência de elétrons, surpreendentemente, diminui à medida que se torna energeticamente mais favorável. O efeito MIR é considerado central para a eficiência da fotossíntese, dizem os cientistas, porque retarda os processos de energia que desperdiçam. O trabalho anterior revelou o comportamento do MIR para o que eles descrevem como uma reação de transferência de elétrons acoplada a prótons (PCET).

No entanto, os pesquisadores também notaram que algumas das moléculas estudadas não mostraram MIR. Eles suspeitavam que poderia haver um processo fotoquímico separado, até então desconhecido, em ação. Os cálculos do grupo de Hammes-Schiffer sugeriram um mecanismo concorrente no qual a transferência eletrônica de energia e a transferência de prótons são "acopladas".

E isso é, de fato, o que a equipe descobriu no novo estudo.

Em uma série de experimentos fotoquímicos, os pesquisadores dissolveram moléculas em temperaturas muito baixas (77 graus K, ou -321 F) em um tipo de vidro que isolou o novo mecanismo. Depois de iluminar as moléculas frias com luz, a equipe observou fluorescência associada ao novo mecanismo, que eles chamam de transferência de energia acoplada a prótons (PCEnT).

Durante o PCEnT, a energia da fotoexcitação em um fragmento de uma molécula é transferida para um segundo fragmento localizado na molécula. Esta transferência de energia não envolve a transferência de elétrons entre os dois fragmentos; é acoplado a uma transferência de prótons que ocorre dentro do segundo fragmento. Assim, o processo não é PCET, que envolve transferência de elétrons, mas sim PCEnT, que envolve transferência de energia.

"As transferências de energia eletrônica entre moléculas ou partes de moléculas são conhecidas há muito tempo e são importantes em muitos processos acionados pela luz", disse Mayer. "PCEnT parece ser o primeiro exemplo de transferência de energia fotoquímica que é acoplada ao movimento de um átomo ou núcleo."

Os co-primeiros autores do estudo são Zhen Tao de Yale e Belinda Pettersson Rimgard da Universidade de Uppsala. Autores adicionais são a estudante de pós-graduação Laura Cotter de Yale e o ex-bolsista de pós-doutorado de Yale Giovanny Parada. + Explorar mais

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