p As empresas que fabricam células solares comerciais ficarão felizes se puderem atingir 20% de eficiência ao converter luz solar em eletricidade; uma melhoria de até 1% é vista como um grande progresso. Mas a natureza, que teve bilhões de anos para ajustar a fotossíntese, pode fazer muito melhor:Microorganismos chamados bactérias verdes de enxofre, que vivem nas profundezas do oceano, onde quase não há luz disponível, conseguem colher 98 por cento da energia da luz que os atinge. p Agora, pesquisadores liderados por um pós-doutorado do MIT analisaram um sistema artificial que modela o método de captura de luz usado por bactérias do fundo do mar. Outros avanços na compreensão dos processos fundamentais de coleta de luz podem render abordagens inteiramente novas para a captura de energia solar, dizem os pesquisadores. Seus resultados foram relatados em 1º de julho no jornal Química da Natureza .

p O sistema artificial, descrito em um artigo anterior do pós-doutorado Dörthe M. Eisele do Laboratório de Pesquisa de Eletrônica do MIT e colaboradores, consiste em um sistema de automontagem de moléculas de corante que formam nanotubos de parede dupla perfeitamente uniformes. Esses tubos - com apenas cerca de 10 nanômetros de largura, mas milhares de vezes mais longos - são semelhantes em tamanho, moldar e funcionar para receptores naturais usados ​​por bactérias verdes de enxofre que coletam energia das pequenas quantidades de luz solar que penetram nas profundezas do oceano.

p “É um dos grandes segredos da natureza, como colher luz de forma tão eficiente, ”Diz Eisele. Seus co-autores incluem Moungi G. Bawendi e o falecido Robert J. Silbey, ambos professores de química do MIT, junto com colaboradores da Universidade Humboldt de Berlim, a Universidade do Texas em Austin e a Universidade de Groningen na Holanda.

p Eisele diz que é improvável que esse tipo específico de nanotubo encontre aplicações práticas. Em vez, ela diz, esses experimentos foram projetados para estudar os princípios subjacentes que poderiam ser usados ​​para encontrar materiais ideais para usos específicos. “Este sistema é tão interessante porque é um belo sistema modelo, ”Ela diz, para analisar como tais estruturas respondem à luz.

p Ao contrário dos sistemas de automontagem típicos em que cada estrutura pode ser um pouco diferente, esses tubos de parede dupla, feito de um corante à base de cianino, formam formas e tamanhos perfeitamente uniformes.

p Isso o torna um sistema de modelo perfeito, Eisele explica, porque saber que todos os nanotubos em uma solução são idênticos torna possível estudar suas propriedades em massa, em vez de isolar a resposta de cada tubo individual.

p Uma questão fundamental que a equipe queria abordar era se os dois cilindros concêntricos dos tubos de parede dupla estavam trabalhando juntos como um sistema integrado para capturar a energia da luz, ou se cada cilindro estava agindo por conta própria.

p Para responder a essa pergunta, Eisele e sua equipe desenvolveram uma maneira de desativar um dos dois cilindros oxidando as moléculas da parede externa. “A estrutura tubular ainda está intacta, mas mata a resposta óptica da parede externa, então o que resta é a resposta óptica da parede interna, ”Ela diz. “É uma maneira muito simples e elegante de isolar o espectro da parede interna.”

p Ao comparar as respostas ópticas quando ambos os cilindros estão funcionando e quando apenas um está funcionando, é possível determinar quanta interação está ocorrendo entre os dois cilindros. “Quando você observa a dinâmica da reação redox, ”Eisele diz, “Você vê que esses dois cilindros podem ser vistos como dois sistemas separados.”

p A caracterização dessa estrutura artificial simplificada pode permitir que os pesquisadores construam dispositivos de coleta de luz mais eficientes. “A natureza teve milhões de anos para otimizar” como os organismos captam energia, Eisele diz; entender como isso aconteceu pode levar a melhores sistemas feitos pelo homem.

p “Não queremos melhorar a eficiência das células solares que temos agora, ”Ela diz. “Queremos aprender com a natureza como construir dispositivos de colheita de luz inteiramente novos.”

p Gregory Scholes, o D.J. LeRoy Distinguished Professor of Chemistry na University of Toronto, que não estava envolvido neste trabalho, diz, “Os pesquisadores usaram experimentos requintados para testar como os componentes em nanoescala deste sistema interagem após a fotoexcitação.” Ele acrescenta que o trabalho “fornece insights importantes sobre o projeto de grandes conjuntos de moléculas para aplicações em‘ coleta de luz ’”.

p A pesquisa foi apoiada pela Deutsche Forschungsgemeinschaft, o Instituto de Pesquisa Integrativa para as Ciências de Berlim, a National Science Foundation, a Fundação Alexander von Humboldt, o Departamento de Centro de Energia para Excitônica, o Gabinete de Pesquisa do Exército e a Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa. p Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.