Voor het eerst hebben wetenschappers rechtstreeks waargenomen hoe lichtenergie tijdens een chemische reactie wordt omgezet in de beweging van elektronen. De studie, gepubliceerd in het tijdschrift Nature, biedt nieuwe inzichten in de fundamentele stappen die plaatsvinden tijdens fotosynthese en andere door licht aangedreven processen.

Fotosynthese is het proces waarbij planten en andere organismen lichtenergie omzetten in chemische energie. Dit proces begint met de absorptie van licht door een chlorofylmolecuul, een groen pigment dat voorkomt in plantencellen. De energie van het licht wordt vervolgens gebruikt om een ​​elektron in het chlorofylmolecuul te exciteren, waardoor het elektron naar een hoger energieniveau gaat.

Het opgewonden elektron wordt vervolgens overgebracht naar andere moleculen in de cel, waar het wordt gebruikt om chemische reacties aan te sturen die energierijke moleculen zoals glucose produceren.

Het onderzoeksteam gebruikte een techniek genaamd tijdsopgeloste foto-elektronenspectroscopie om de beweging van elektronen tijdens een chemische reactie te volgen. Met deze techniek konden ze de energie en het momentum van de elektronen meten terwijl ze door licht werden opgewonden en tussen moleculen werden overgedragen.

De resultaten van het onderzoek toonden aan dat het aangeslagen elektron zich in minder dan 100 femtoseconden (100 biljardsten van een seconde) van het chlorofylmolecuul naar een nabijgelegen molecuul bewoog. Deze ongelooflijk snelle energieoverdracht is essentieel voor fotosynthese en andere door licht aangedreven processen.

Uit het onderzoek bleek ook dat de beweging van het elektron sterk werd beïnvloed door de structuur van de moleculen die bij de reactie betrokken waren. Deze bevinding suggereert dat de efficiëntie van fotosynthese en andere door licht aangedreven processen kan worden verbeterd door moleculen met specifieke structuren te ontwerpen.

De nieuwe inzichten uit dit onderzoek kunnen leiden tot de ontwikkeling van efficiëntere zonnecellen en andere apparaten die lichtenergie omzetten in chemische energie.

Het onderzoeksteam werd geleid door wetenschappers van de University of California, Berkeley en het Lawrence Berkeley National Laboratory. Het onderzoek werd gefinancierd door het Amerikaanse ministerie van Energie en de National Science Foundation.