Onderzoekers van de Linkoping Universiteit in Zweden hebben een molecuul ontwikkeld dat energie uit zonlicht absorbeert en opslaat in chemische bindingen. Een mogelijk langdurig gebruik van het molecuul is om zonne-energie efficiënt op te vangen en op te slaan voor later gebruik. De huidige resultaten zijn gepubliceerd in het Journal of the American Chemical Society, JACS.
De aarde ontvangt vele malen meer energie van de zon dan wij mensen kunnen gebruiken. Deze energie wordt geabsorbeerd door zonne-energievoorzieningen, maar een van de uitdagingen van zonne-energie is om deze efficiënt op te slaan, zodat de energie beschikbaar is als de zon niet schijnt. Dit bracht wetenschappers van de Linkoping University ertoe om de mogelijkheid te onderzoeken om zonne-energie op te vangen en op te slaan in een nieuw molecuul.
GG quot; Ons molecuul kan twee verschillende vormen aannemen: een oudervorm die energie uit zonlicht kan absorberen, en een alternatieve vorm waarin de structuur van de oudervorm is veranderd en veel energierijker wordt, terwijl het stabiel blijft.
Dit maakt het mogelijk om de energie in het zonlicht in het molecuul efficiënt op te slaan." ;, zegt Bo Durbeej, hoogleraar computationele fysica bij de afdeling natuurkunde, scheikunde en biologie aan de Linkoping Universiteit, en leider van de studie.
Het molecuul behoort tot een groep die bekend staat als" moleculaire fotoschakelaars" ;. Deze zijn altijd beschikbaar in twee verschillende vormen, isomeren, die verschillen in hun chemische structuur. De twee vormen hebben verschillende eigenschappen, en in het geval van het molecuul ontwikkeld door LiU-onderzoekers zit dit verschil in de energie-inhoud. De chemische structuren van alle fotoschakelaars worden beïnvloed door lichtenergie.
Dit betekent dat de structuur en dus de eigenschappen van een fotoschakelaar kunnen worden gewijzigd door deze te verlichten. Een mogelijk toepassingsgebied voor fotoschakelaars is moleculaire elektronica, waarbij de twee vormen van het molecuul verschillende elektrische geleidbaarheden hebben. Een ander gebied is fotofarmacologie, waarbij de ene vorm van het molecuul farmacologisch actief is en kan binden aan een specifiek doeleiwit in het lichaam, terwijl de andere vorm inactief is.
GG # 39; is gebruikelijk in onderzoek dat eerst experimenten worden gedaan en theoretisch werk vervolgens de experimentele resultaten bevestigt, maar in dit geval werd de procedure omgekeerd. Bo Durbeej en zijn groep werken in de theoretische chemie en voeren berekeningen en simulaties uit van chemische reacties.
Het gaat om geavanceerde computersimulaties, die worden uitgevoerd op supercomputers in het National Supercomputer Center, NSC, in Linkoping. De berekeningen lieten zien dat het molecuul dat de onderzoekers hadden ontwikkeld de chemische reactie zou ondergaan die ze nodig hadden, en dat die extreem snel zou verlopen, binnen 200 femtoseconden. Hun collega's van het Onderzoekscentrum voor Natuurwetenschappen in Hongarije waren vervolgens in staat om het molecuul te bouwen en experimenten uit te voeren die de theoretische voorspelling bevestigden.
Om grote hoeveelheden zonne-energie in het molecuul op te slaan, hebben de onderzoekers geprobeerd het energieverschil tussen de twee isomeren zo groot mogelijk te maken. De oudervorm van hun molecuul is extreem stabiel, een eigenschap die binnen de organische chemie wordt aangeduid door te zeggen dat het molecuul&is; aromatisch" ;.
Het basismolecuul bestaat uit drie ringen, die elk aromatisch zijn. Wanneer het echter licht absorbeert, gaat de aromaticiteit verloren, waardoor het molecuul veel energierijker wordt. De LiU-onderzoekers laten in hun studie, gepubliceerd in de Journal of the American Chemical Society, zien dat het concept van het schakelen tussen aromatische en niet-aromatische toestanden van een molecuul een groot potentieel heeft op het gebied van moleculaire fotoschakelaars.
GG quot; De meeste chemische reacties beginnen in een toestand waarin een molecuul een hoge energie heeft en vervolgens overgaat in een met een lage energie. Hier doen we het tegenovergestelde: een molecuul met een lage energie wordt een met een hoge energie. We zouden verwachten dat dit moeilijk zou zijn, maar we hebben aangetoond dat het mogelijk is dat een dergelijke reactie zowel snel als efficiënt kan plaatsvinden." ;, zegt Bo Durbeej.
De onderzoekers gaan nu kijken hoe de opgeslagen energie het beste kan worden vrijgemaakt uit de energierijke vorm van het molecuul.
