Разработана молекула для хранения солнечной энергии в химических связях

Исследователи из Университета Линчёпинга разработали молекулу, которая поглощает энергию солнечного света и сохраняет ее в химических связях. Возможное долгосрочное использование молекулы заключается в эффективном улавливании солнечной энергии и хранении ее для дальнейшего использования.

Земля получает от Солнца во много раз больше энергии, чем мы, люди, можем использовать. Эта энергия поглощается объектами солнечной энергии, но одна из задач солнечной энергии заключается в ее эффективном хранении, чтобы энергия была доступна, когда солнце не светит. Это привело ученых из Университета Линчёпинга к исследованию возможности захвата и хранения солнечной энергии в новой молекуле.

«Наша молекула может принимать две разные формы: родительскую форму, которая может поглощать энергию солнечного света, и альтернативную форму, в которой структура родительской формы была изменена и стала намного более энергоемкой, оставаясь при этом стабильной. Это позволяет эффективно хранить энергию солнечного света в молекуле», — говорит Бо Дурбей, профессор вычислительной физики факультета физики, химии и биологии Университета Линчёпинга и руководитель исследования.

Молекула принадлежит к группе, известной как «молекулярные фотопереключатели». Они всегда доступны в двух различных формах, изомерах, которые различаются по своей химической структуре. Эти две формы имеют разные свойства, и в случае молекулы, разработанной исследователями LiU, эта разница заключается в содержании энергии.

На химические структуры всех фотопереключателей влияет энергия света. Это означает, что структуру и, следовательно, свойства фотопереключателя можно изменить, осветив его. Одной из возможных областей применения фотопереключателей является молекулярная электроника, в которой две формы молекулы имеют разную электропроводность. Другая область — фотофармакология, в которой одна форма молекулы фармакологически активна и может связываться с определенным целевым белком в организме, а другая форма неактивна.

Обычно в исследованиях сначала проводятся эксперименты, а затем теоретическая работа подтверждает экспериментальные результаты, но в этом случае процедура была обратной. Бо Дурбидж и его группа работают в области теоретической химии и проводят расчеты и моделирование химических реакций.

Это включает в себя расширенное компьютерное моделирование, которое выполняется на суперкомпьютерах в Национальном суперкомпьютерном центре NSC в Линчёпинге. Расчеты показали, что разработанная исследователями молекула претерпит необходимую химическую реакцию, и что она будет происходить очень быстро, в пределах 200 фемтосекунд. Их коллеги из Исследовательского центра естественных наук в Венгрии смогли построить молекулу и провести эксперименты, которые подтвердили теоретическое предсказание.

Чтобы сохранить в молекуле большое количество солнечной энергии, исследователи попытались сделать разницу в энергии между двумя изомерами как можно большей. Исходная форма их молекулы чрезвычайно устойчива, и это свойство в органической химии обозначается словами, что молекула является «ароматической». Основная молекула состоит из трех колец, каждое из которых является ароматическим. Однако, когда он поглощает свет, ароматичность теряется, так что молекула становится намного более энергоемкой.

Источник

Метки: энергия