Seit Millionen von Jahren gewinnen Pflanzen Energie aus der Photosynthese. Dabei werden mithilfe des Sonnenlichts Kohlenstoff und Wasser in Zucker und Sauerstoff umgewandelt. Diesen natürlichen Stoffwechselweg technisch nachzuahmen, hätte viele Vorteile und ist daher ein ambitioniertes Ziel zahlreicher Forschungsteams. Chemiker der Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg sind auf dem Weg zur künstlichen Photosynthese nun einen Schritt weiter gekommen.

Farbstoffmoleküle synthetisiert

Die natürliche Photosynthese ist ein komplexer Prozess. Sie findet in den Zellen der Pflanzen in einzelnen Schritten und unter Beteiligung zahlreicher Farbstoffe, Proteine und anderer Moleküle statt. Gemeinsam mit Forschenden der Yonsei-Universität in Seoul (Korea) gelang es einem Team um den Würzburger Chemiker Frank Würthner einen der ersten Schritte der natürlichen Photosynthese nachzuahmen. Wie das Team im Fachjournal Nature Chemistry berichtet, wurde ein Stapel aus Farbstoffen synthetisiert, der dem Photosynthese-Apparat in der Pflanzenzelle sehr nahekommt.

Konkret besteht die Struktur aus vier aufeinander gestapelten Farbstoffmolekülen aus der Klasse der Perylenbisimide. Dieser künstliche Prozess absorbiert der Studie zufolge an einem Ende Lichtenergie, nutzt diese zur Trennung von Ladungsträgern und leitet sie über einen Transport von Elektronen schrittweise ans andere Ende weiter. „Wir können den Ladungstransport in dieser Struktur mit Licht gezielt anstoßen und haben ihn genau analysiert. Er läuft effizient und schnell ab. Das ist ein wichtiger Schritt hin zur Entwicklung einer künstlichen Photosynthese“, so JMU-Doktorand Leander Ernst, der die gestapelte Struktur synthetisiert hat.

Photofunktionale Materialien für die künstliche Photosynthese

Als Nächstes will das Würzburger Team die Anzahl der gestapelten Farbstoffmoleküle weiter erhöhen. Am Ende soll eine Art supramolekularer Draht entstehen, der Lichtenergie aufnimmt und diese schnell und effizient über größere Strecken hinweg transportiert. Den Forschenden zufolge wäre das „ein weiterer Schritt hin zu neuartigen photofunktionalen Materialien, die sich für die künstliche Photosynthese nutzen lassen“.

bb