Forskere ved Linkoping University, Sverige, har utviklet et molekyl som absorberer energi fra sollys og lagrer det i kjemiske bindinger. En mulig langsiktig bruk av molekylet er å fange solenergi effektivt og lagre det for senere forbruk. De nåværende resultatene har blitt publisert i Journal of the American Chemical Society, JACS.
Jorden mottar mange ganger mer energi fra solen enn vi mennesker kan bruke. Denne energien absorberes av solenergianlegg, men en av utfordringene med solenergi er å lagre den effektivt, slik at energien er tilgjengelig når solen ikke skinner. Dette førte forskere ved Linkoping University til å undersøke muligheten for å fange og lagre solenergi i et nytt molekyl.
"Vårt molekyl kan ta på seg to forskjellige former: en foreldreform som kan absorbere energi fra sollys, og en alternativ form der strukturen i foreldreformen er endret og blitt mye mer energirik, mens den forblir stabil.
Dette gjør det mulig å lagre energien i sollys i molekylet effektivt" sier Bo Durbeej, professor i beregningsfysikk ved Institutt for fysikk, kjemi og biologi ved Linkoping University, og leder av studien.
Molekylet tilhører en gruppe kjent som "molekylære fotosveier". Disse er alltid tilgjengelige i to forskjellige former, isomers, som varierer i deres kjemiske strukturer. De to formene har forskjellige egenskaper, og når det gjelder molekylet utviklet av LiU-forskere, er denne forskjellen i energiinnholdet. De kjemiske strukturene til alle fotovitches påvirkes av lysenergi.
Dette betyr at strukturen, og dermed egenskapene, av en fotobryter kan endres ved å belyse den. Et mulig bruksområde for fotolekter er molekylær elektronikk, der de to formene av molekylet har forskjellige elektriske ledningsevner. Et annet område er fotofarmakologi, der en form av molekylet er farmakologisk aktiv og kan binde seg til et bestemt målprotein i kroppen, mens den andre formen er inaktiv.
Det er vanlig i forskning at eksperimenter gjøres først og teoretisk arbeid bekrefter senere de eksperimentelle resultatene, men i dette tilfellet ble prosedyren reversert. Bo Durbeej og hans gruppe arbeider i teoretisk kjemi, og gjennomfører beregninger og simuleringer av kjemiske reaksjoner.
Dette innebærer avanserte datasimuleringer, som utføres på superdatamaskiner ved National Supercomputer Centre, NSC, i Linkoping. Beregningene viste at molekylet forskerne hadde utviklet ville gjennomgå den kjemiske reaksjonen de trengte, og at det ville finne sted ekstremt fort, innen 200 femtosekunder. Deres kolleger ved Research Centre for Natural Sciences i Ungarn var da i stand til å bygge molekylet, og utføre eksperimenter som bekreftet den teoretiske prediksjonen.
For å lagre store mengder solenergi i molekylet, har forskerne forsøkt å gjøre energiforskjellen mellom de to isomers så store som mulig. Den overordnede formen av deres molekyl er ekstremt stabil, en egenskap som innenfor organisk kjemi er betegnet ved å si at molekylet er "aromatisk".
Det grunnleggende molekylet består av tre ringer, som hver er aromatisk. Når det absorberer lys, går imidlertid aromatiskheten tapt, slik at molekylet blir mye mer energirik. LiU-forskerne viser i sin studie, publisert i Journal of the American Chemical Society, at konseptet med å bytte mellom aromatiske og ikke-aromatiske tilstander av et molekyl har et stort potensial innen molekylære fotospekter.
"De fleste kjemiske reaksjoner starter i en tilstand der et molekyl har høy energi og deretter går over til en med lav energi. Her gjør vi det motsatte - et molekyl som har lav energi blir ett med høy energi. Vi forventer at dette blir vanskelig, men vi har vist at det er mulig for en slik reaksjon å finne sted både raskt og effektivt, sier Bo Durbeej.
Forskerne vil nå undersøke hvordan den lagrede energien kan frigjøres fra den energirike formen av molekylet på best mulig måte.
