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miércoles | 27 agosto | 2025
En la carrera por encontrar fuentes de energía limpia, un grupo de químicos ha dado un paso que podría resultar decisivo: la creación de una molécula capaz de almacenar la energía de la luz solar en forma de cuatro cargas eléctricas estables.
El hallazgo abre la puerta a nuevas estrategias para transformar la radiación solar en combustibles sostenibles, un objetivo largamente perseguido por la ciencia y considerado esencial en la transición hacia un modelo energético libre de emisiones.
Este equipo internacional de investigadores ha conseguido un avance que refuerza la viabilidad de la fotosíntesis artificial. El estudio, publicado en Nature Chemistry, acerca a la ciencia al reto de producir combustibles solares mediante procesos limpios e inspirados en la naturaleza.
Las plantas capturan la energía del sol y la almacenan en forma de enlaces químicos. Para conseguirlo, es necesario generar y estabilizar estados de carga múltiples, capaces de alimentar reacciones complejas como la división del agua en hidrógeno y oxígeno o la reducción del dióxido de carbono.
Hasta ahora, los intentos en este terreno se topaban con una limitación crítica: la recombinación rápida de las cargas, que impedía acumular suficiente energía para impulsar reacciones útiles. El nuevo diseño resuelve parte de ese obstáculo.
La investigación ha demostrado que un solo compuesto molecular puede almacenar dos cargas positivas y dos negativas de forma simultánea, sin necesidad de aditivos externos ni condiciones extremas de laboratorio.
Este logro, considerado un hito en el campo de la fotocatálisis molecular, se sustenta en un diseño estructural inédito: una arquietectura de cinco unidades enlazadas en la que los extremos actúan como donadores y aceptores de electrones, mientras que el centro cumple la función de captador de luz.
El mecanismo es tan ingenioso como preciso. Tras un primer pulso de radiación (un destello de luz), la molécula se excita y separa un par de cargas opuestas, que se desplazan hacia los extremos. Esa reorganización deja el núcleo preparado para absorber un segundo fotón y repetir el proceso, de modo que el sistema logra acumular un total de cuatro cargas estables. La distancia entre los centros cargados —unos 44 angstroms— reduce al mínimo el riesgo de recombinación, un problema habitual en sistemas anteriores. Es decir, el diseño evita pérdidas al mantener los extremos cargados a gran distancia, mientras el núcleo vuelve a un estado preparado para otra excitación.
Las pruebas de laboratorio revelaron un rendimiento cuántico del 37 por ciento en la generación del estado cargado y una vida media de al menos 100 nanosegundos, cifras que superan en varios órdenes de magnitud a los intentos previos en este campo. Además, el estado excitado acumuló hasta 3,0 electronvoltios de energía, prácticamente el doble de lo conseguido por arquitecturas triádicas convencionales.
Los científicos destacan, asimismo, que el sistema puede funcionar incluso con luz tenue, lo que lo diferencia de propuestas anteriores que dependían de láseres de alta intensidad. Este detalle, aparentemente menor, supone un salto hacia la aplicabilidad práctica, ya que aproxima el experimento a las condiciones reales de la radiación solar.
Los resultados muestran que el estado con cuatro cargas se forma con un rendimiento cuántico del 37 por ciento y una vida media superior a 100 nanosegundos. Aunque a simple vista ese tiempo parece insignificante, supone una mejora enorme: entre 10.000 y 10 millones de veces más que en sistemas anteriores.
Además, la energía acumulada alcanza los 3,0 electronvoltios, prácticamente el doble de lo que ofrecían arquitecturas triádicas. Los investigadores subrayan también un aspecto crucial: la molécula puede funcionar bajo luz de baja intensidad, sin necesidad de recurrir a láseres potentes, lo que la acerca a condiciones más realistas de exposición solar.
No obstante, la estabilidad aún resulta insuficiente frente a lo necesario para aplicaciones prácticas a escala de segundos.
Lograr estados multielectrónicos estables es una condición indispensable para avanzar hacia la producción de combustibles solares. Procesos como la división del agua en oxígeno e hidrógeno o la reducción del dióxido de carbono dependen de esta capacidad de acumular varias cargas a la vez y mantenerlas el tiempo suficiente para desencadenar reacciones químicas complejas.
El nuevo sistema supone un acercamiento a ese objetivo, pero sus propios creadores advierten que se trata aún de una prueba de concepto. El reto inmediato pasa por acoplar la molécula a catalizadores adecuados, capaces de transformar la energía acumulada en reacciones químicas útiles. A largo plazo, será necesario mejorar tanto la estabilidad temporalcomo la eficiencia del mecanismo en condiciones reales.
Un detalle especialmente prometedor es que la molécula responde incluso bajo luz de baja intensidad, lo que contrasta con intentos anteriores que dependían de láseres potentes. Este avance sitúa al sistema en un terreno más cercano al de la radiación solar natural, un requisito esencial para cualquier aplicación práctica en la transición energética.
El reto inmediato es integrar catalizadores adecuados que utilicen esas cargas para impulsar reacciones químicas útiles. A largo plazo, la meta consiste en trasladar esta estrategia a dispositivos funcionales, con mayor estabilidad y eficiencia en entornos reales.
Por ahora, el sistema es una prueba de concepto que señala una dirección prometedora en el camino hacia combustibles solares de nueva generación.
La nueva molécula es capaz de acumular energía de la luz en forma de cuatro cargas estables, y lo hace sin necesidad de aditivos externos. Su diseño favorece la separación y almacenamiento de electrones, lo que supone un avance cinético de gran interés.
Sin embargo, la duración de esos estados cargados continúa siendo una limitación para su aplicación práctica. Pese a ello, los expertos consideran que esta tecnología marca un hito en el terreno de la fotocatálisis molecular, aunque todavía exige ser incorporada en sistemas más sólidos y duraderos.
En conjunto, se perfila como un paso inspirador que acerca a la ciencia al objetivo de producir energía solar limpia convertida en combustible químico.
