Vědci z Linkopingské univerzity ve Švédsku vyvinuli molekulu, která absorbuje energii ze slunečního záření a ukládá ji do chemických vazeb. Možným dlouhodobým využitím molekuly je efektivní zachycení sluneční energie a její uložení pro pozdější spotřebu. Aktuální výsledky byly publikovány v časopise Journal of the American Chemical Society, JACS.
Země přijímá mnohonásobně více energie ze slunce, než dokážeme my lidé použít. Tato energie je absorbována solárními zařízeními, ale jednou z výzev solární energie je její efektivní ukládání, aby byla energie k dispozici, když nesvítí slunce. To vedlo vědce z univerzity v Linkopingu k tomu, aby prozkoumali možnost zachycení a skladování sluneční energie v nové molekule.
GG „; Naše molekula může mít dvě různé formy: mateřskou formu, která může absorbovat energii ze slunečního záření, a alternativní formu, ve které byla změněna struktura mateřské formy a stala se mnohem energeticky bohatší, při zachování stability.
Díky tomu je možné účinně ukládat energii ve slunečním světle v molekule&“, říká Bo Durbeej, profesor výpočetní fyziky na katedře fyziky, chemie a biologie na univerzitě v Linkopingu a vedoucí studie.
Molekula patří do skupiny známé jako&"; molekulární fotoswitche GG". Ty jsou vždy k dispozici ve dvou různých formách, izomerech, které se liší svou chemickou strukturou. Obě formy mají odlišné vlastnosti a v případě molekuly vyvinuté vědci LiU je tento rozdíl v energetickém obsahu. Chemické struktury všech fotopřepínačů jsou ovlivňovány světelnou energií.
To znamená, že strukturu, a tím i vlastnosti, fotografického spínače lze změnit jeho osvětlením. Jednou z možných oblastí použití fotoswitchů je molekulární elektronika, ve které mají obě formy molekuly různé elektrické vodivosti. Další oblastí je fotofarmakologie, ve které je jedna forma molekuly farmakologicky aktivní a může se vázat na specifický cílový protein v těle, zatímco druhá forma je neaktivní.
Ve výzkumu je běžné, že experimenty se provádějí nejdříve a teoretická práce následně potvrzuje experimentální výsledky, ale v tomto případě byl postup obrácen. Bo Durbeej a jeho skupina pracují v teoretické chemii a provádějí výpočty a simulace chemických reakcí.
Jedná se o pokročilé počítačové simulace, které se provádějí na superpočítačích v Národním superpočítačovém centru v Linkopingu. Výpočty ukázaly, že molekula, kterou vědci vyvinuli, podstoupí požadovanou chemickou reakci a že proběhne extrémně rychle, během 200 femtosekund. Jejich kolegové z Výzkumného centra pro přírodní vědy v Maďarsku poté byli schopni postavit molekulu a provést experimenty, které potvrdily teoretickou předpověď.
Za účelem uložení velkého množství sluneční energie v molekule se vědci pokusili zvětšit energetický rozdíl mezi těmito dvěma izomery co největší. Mateřská forma jejich molekuly je extrémně stabilní, což je vlastnost, která se v organické chemii označuje tím, že molekula je&„aromatický GG“.
Základní molekula se skládá ze tří kruhů, z nichž každý je aromatický. Když však absorbuje světlo, ztratí se aromatičnost, takže se molekula stane energeticky mnohem bohatší. Vědci LiU ve své studii publikované v časopise Journal of the American Chemical Society ukazují, že koncept přepínání mezi aromatickými a nearomatickými stavy molekuly má hlavní potenciál v oblasti molekulárních fotoswitchů.
GG „; Většina chemických reakcí začíná ve stavu, kdy má molekula vysokou energii a následně přechází do jedné s nízkou energií. Zde děláme opak - molekula, která má nízkou energii, se stává molekulou s vysokou energií. Očekávali bychom, že to bude obtížné, ale ukázali jsme, že je možné, aby taková reakce proběhla jak rychle, tak efektivně&“, říká Bo Durbeej.
Vědci nyní prozkoumají, jak lze uloženou energii co nejlépe uvolnit z energeticky bohaté formy molekuly.
