Ruotsin Linkopingin yliopiston tutkijat ovat kehittäneet molekyylin, joka absorboi auringonvalon energiaa ja varastoi sen kemiallisiin sidoksiin. Molekyylin mahdollinen pitkäaikainen käyttö on kaapata aurinkoenergia tehokkaasti ja tallentaa se myöhempää kulutusta varten. Tämänhetkiset tulokset on julkaistu Journal of the American Chemical Society, JACS.
Maapallo saa auringolta monta kertaa enemmän energiaa kuin me ihmiset voimme käyttää. Aurinkoenergialaitokset absorboivat tämän energian, mutta yksi aurinkoenergian haasteista on varastoida se tehokkaasti siten, että energiaa on saatavilla, kun aurinko ei paista. Tämä sai Linkopingin yliopiston tutkijat tutkimaan mahdollisuutta kaapata ja varastoida aurinkoenergiaa uuteen molekyyliin.
GG quot; Molekyylillämme voi olla kaksi erilaista muotoa: vanhemman muoto, joka voi absorboida auringonvalosta tulevaa energiaa, ja vaihtoehtoinen muoto, jossa kantamuodon rakennetta on muutettu ja siitä on tullut paljon energiapitoisempi pysyen samalla vakaana.
Tämä mahdollistaa energian varastoinnin auringonvalossa molekyylissä tehokkaasti" ;, sanoo Linkopingin yliopiston fysiikan, kemian ja biologian laitoksen laskennallisen fysiikan professori ja tutkimuksen johtaja Bo Durbeej.
Molekyyli kuuluu ryhmään, joka tunnetaan nimellä GG; molekyylivalokytkimet". Näitä on aina saatavana kahdessa eri muodossa, isomeereinä, jotka eroavat toisistaan kemiallisilla rakenteillaan. Näillä kahdella muodolla on erilaiset ominaisuudet, ja LiU-tutkijoiden kehittämän molekyylin tapauksessa tämä ero on energiasisällössä. Valoenergia vaikuttaa kaikkien valokytkimien kemiallisiin rakenteisiin.
Tämä tarkoittaa, että valokytkimen rakennetta ja siten ominaisuuksia voidaan muuttaa valaisemalla sitä. Eräs mahdollinen sovelluskohde valokytkimille on molekyylielektroniikka, jossa molekyylin kahdella muodolla on erilainen sähkönjohtavuus. Toinen alue on fotofarmakologia, jossa molekyylin yksi muoto on farmakologisesti aktiivinen ja voi sitoutua tiettyyn kohdeproteiiniin kehossa, kun taas toinen muoto on inaktiivinen.
Tutkimuksessa on yleistä, että kokeet tehdään ensin ja teoreettinen työ vahvistaa myöhemmin kokeiden tulokset, mutta tässä tapauksessa menettelytapa päinvastainen. Bo Durbeej ja hänen ryhmätyönsä teoreettisessa kemiassa ja suorittavat kemiallisten reaktioiden laskelmia ja simulaatioita.
Tähän liittyy edistyneitä tietokonesimulaatioita, jotka suoritetaan supertietokoneilla National Supercomputer Center, NSC: ssä, Linkopingissa. Laskelmat osoittivat, että tutkijoiden kehittämä molekyyli käy läpi tarvitsemansa kemiallisen reaktion ja että se tapahtuu erittäin nopeasti, 200 femtosekunnin sisällä. Heidän kollegansa Unkarin luonnontieteiden tutkimuskeskuksessa pystyivät sitten rakentamaan molekyylin ja suorittamaan kokeita, jotka vahvistivat teoreettisen ennusteen.
Suurten määrien aurinkoenergian varastoimiseksi molekyyliin tutkijat ovat yrittäneet tehdä kahden isomeerin välisestä energiaerosta mahdollisimman suuren. Niiden molekyylin kantamuoto on erittäin vakaa, ominaisuus, jota orgaanisessa kemiassa merkitään sanomalla, että molekyyli on&"aromaattinen GG".
Perusmolekyyli koostuu kolmesta renkaasta, joista kukin on aromaattinen. Kun se absorboi valoa, aromaattisuus menetetään siten, että molekyylistä tulee paljon energiapitoisempi. LiU: n tutkijat osoittavat Journal of the American Chemical Society -lehdessä julkaistussa tutkimuksessaan, että molekyylin aromaattisten ja ei-aromaattisten tilojen välillä siirtymisellä on suuri potentiaali molekyylivalokytkimien alalla.
GG quot; Useimmat kemialliset reaktiot alkavat tilassa, jossa molekyylillä on suuri energia, ja siirtyy sen jälkeen pienen energian omaavaan. Tässä teemme päinvastoin - molekyylistä, jolla on vähän energiaa, tulee sellainen, jolla on korkea energia. Odotamme tämän olevan vaikeaa, mutta olemme osoittaneet, että tällainen reaktio voi tapahtua sekä nopeasti että tehokkaasti" ;, sanoo Bo Durbeej.
Tutkijat tutkivat nyt, kuinka varastoitu energia voidaan vapauttaa molekyylin energiapitoisesta muodosta parhaalla mahdollisella tavalla.
