Rośliny zielone w procesie fotosyntezy wykorzystują chlorofile, grupę związków organicznych charakteryzujących się zdolnością wychwytu kwantów światła. Zielony kolor roślin to zasługa właśnie chlorofili, które absorbują promieniowanie słoneczne przede wszystkim w niebieskim i czerwonym przedziale widma światła białego. Absorbcja w przedziale długości fal elektromagnetycznych rzędu 500-600 nm jest mniejsza, zatem ta część widma jest odbijana, w efekcie nasze mózgi interpretują odbite od powierzchni roślin fotony jako światło o barwie zielonej. Pochłonięte przez chlorofile znajdujące się w tkankach roślin promieniowanie świetlne jest zamieniane na energię wiązań chemicznych, co w połączeniu z pobraną przez rośliny wodą i dwutlenkiem węgla pozwala roślinom wytworzyć pokarm dla komórek (glukozę) oraz produkt uboczny – tlen.
Zespół profesora Wu nie użył chlorofili. W tym przypadku za katalizator reakcji posłużył tlenek miedzi. Tani czerwony proszek opracowany w taki sposób, by wyróżniał się interesującą strukturą chemiczną – ma mnóstwo ośmiostronnych cząstek. Tlenek miedzi badacze otrzymali w wyniku dodania do podgrzanej do odpowiedniej temperatury wody glukozę, octan miedzi, wodorotlenek sodu i dodecylosiarczan sodu, a następnie utrzymania temperatury przez pewien czas. Poniższe zdjęcie pokazuje ten proces.
Uzyskany tlenek miedzi jest dodawany do wody, równocześnie pompowany jest dwutlenek węgla, a roztwór jest naświetlany światłem słonecznym. Produktami powstałej w ten sposób reakcji chemicznej są tlen oraz metanol. Metanol jest oczywiście rozpuszczony w wodzie (miesza się z wodą w każdym stosunku), ale można go łatwo oddzielić poprzez podgrzanie (metanol ma niższą od wody temperaturę wrzenia: 64,7 st. C). Metanol może być wykorzystywany jako paliwo. Tym samym cały proces jest nie tylko sposobem na zmniejszenie ilości dwutlenku węgla w atmosferze, ale także na zastąpienie aktualnie stosowanych paliw węglowodorowych pozyskiwanych ze źródeł kopalnych metanolem.
Zaletą sposobu sztucznej fotosyntezy opracowanej przez zespół profesora Wu jest niski koszt całego procesu, co z kolei pozwala zastosować go w wielu miejscach. Kluczem do sukcesu jest nanostruktura tlenku miedzi w roli katalizatora, czyli duża ilość ośmiościennych struktur krystalicznych w tym związku. To o tyle istotne, że reakcję redukcji dwutlenku węgla do metanolu z udziałem katalizatora miedziowego znamy od dawna, ale nigdy nie uzyskano tak wysokowydajnego fotokatalizatora jak naukowcy kierowani przez profesora Wu. Zainteresowanych szczegółami naukowymi tego osiągnięcia odsyłam do publikacji w serwisie Nature. | CHIP
