Istraživači sa Univerziteta Linkoping u Švedskoj razvili su molekul koji apsorbira energiju sunčeve svjetlosti i skladišti je u hemijskim vezama. Moguća dugotrajna upotreba molekule je efikasno hvatanje sunčeve energije i njeno skladištenje za kasniju potrošnju. Trenutni rezultati objavljeni su u časopisu American Chemical Society, JACS.
Zemlja prima mnogo puta više energije od sunca nego što mi ljudi možemo iskoristiti. Ovu energiju apsorbiraju solarni objekti, ali jedan od izazova solarne energije je efikasno je skladištiti, tako da je energija dostupna kad sunce ne sija. To je vodilo naučnike sa Univerziteta Linkoping da istraže mogućnost hvatanja i skladištenja sunčeve energije u novom molekulu.
GG "Naš molekul može poprimiti dva različita oblika: roditeljski oblik koji može apsorbirati energiju sunčeve svjetlosti i alternativni oblik u kojem je struktura roditeljskog oblika promijenjena i postala mnogo bogatija energijom, a pritom je stabilna.
To omogućava efikasno skladištenje energije u sunčevoj svjetlosti u molekuli&“, kaže Bo Durbeej, profesor računarne fizike na Odjelu za fiziku, kemiju i biologiju na Univerzitetu Linkoping i vođa studije.
Molekul pripada grupi poznatoj kao GG; molekularni fotoprekidači&;. Oni su uvijek dostupni u dva različita oblika, izomeri, koji se razlikuju po svojoj hemijskoj strukturi. Ta dva oblika imaju različita svojstva, a u slučaju molekule koju su razvili istraživači LiU, ova razlika je u sadržaju energije. Na kemijske strukture svih fotoprekidača utječe svjetlosna energija.
To znači da se struktura, a time i svojstva, foto-prekidača mogu mijenjati osvjetljavanjem. Jedno od mogućih područja primjene fotoprekidača je molekularna elektronika, u kojoj dva oblika molekula imaju različitu električnu provodljivost. Drugo područje je fotofarmakologija, u kojem je jedan oblik molekule farmakološki aktivan i može se vezati za određeni ciljani protein u tijelu, dok je drugi oblik neaktivan.
GG # 39 je uobičajeno u istraživanju da se eksperimenti prvo rade, a teorijski rad naknadno potvrđuje eksperimentalne rezultate, ali u ovom slučaju postupak je obrnut. Bo Durbeej i njegova grupa rade u teorijskoj kemiji i provode proračune i simulacije hemijskih reakcija.
To uključuje napredne računarske simulacije, koje se izvode na superračunarima u Nacionalnom superračunarskom centru, NSC, u Linkopingu. Izračuni su pokazali da će molekul koji su istraživači razvili proći kroz hemijsku reakciju koja im je bila potrebna i da će se odvijati izuzetno brzo, u roku od 200 femtosekundi. Njihove kolege iz Istraživačkog centra za prirodne nauke u Mađarskoj tada su mogle izgraditi molekul i izvesti eksperimente koji su potvrdili teorijsko predviđanje.
Kako bi pohranili velike količine sunčeve energije u molekuli, istraživači su pokušali učiniti energetsku razliku između dva izomera što većom. Roditeljski oblik njihove molekule izuzetno je stabilan, svojstvo koje se unutar organske hemije označava rekavši da je molekul&"aromatični GG".
Osnovna molekula sastoji se od tri prstena, od kojih je svaki aromatičan. Međutim, kad apsorbira svjetlost, aromatičnost se gubi, tako da molekula postaje mnogo bogatija energijom. Istraživači LiU pokazuju u svojoj studiji, objavljenoj u Journal of American Chemical Society, da koncept prebacivanja između aromatičnih i nearomatičnih stanja molekule ima veliki potencijal na polju molekularnih fotoprekidača.
GG "Većina hemijskih reakcija započinje u stanju kada molekul ima visoku energiju, a zatim prelazi u onu s niskom energijom. Ovdje radimo suprotno - molekul koji ima nisku energiju postaje onaj sa visokom energijom. Očekivali bismo da će ovo biti teško, ali pokazali smo da je moguće da se takva reakcija dogodi i brzo i efikasno&“, kaže Bo Durbeej.
Istraživači će sada ispitati kako se uskladištena energija može na najbolji način osloboditi iz energetski bogatog oblika molekule.
