Forskere udvikler molekyle til lagring af solenergi

Forskere ved Linköpings universitet, Sverige, har udviklet et molekyle, der absorberer energi fra sollys og lagrer det i kemiske bindinger. En mulig langsigtet anvendelse af molekylet er at fange solenergi effektivt og gemme det til senere forbrug. De aktuelle resultater er blevet offentliggjort i Journal of the American Chemical Society (JACS) .

Jorden modtager mange gange mere energi fra solen, end vi mennesker kan bruge. Denne energi absorberes af solenergianlæg, men en af ​​udfordringerne ved solenergi er at lagre den effektivt, sådan at energien er tilgængelig, når solen ikke skinner. Dette fik forskere ved Linköpings universitet til at undersøge muligheden for at fange og lagre solenergi i et nyt molekyle.

"Vores molekyle kan antage to forskellige former:en forælderform, der kan absorbere energi fra sollys, og en alternativ form, hvor forældrenes form er blevet ændret og blevet meget mere energirig, mens den forbliver stabil. Dette gør det muligt at lagre energien effektivt i sollys i molekylet, "siger Bo Durbeej, professor i beregningsfysik ved Institut for Fysik, Kemi og biologi ved Linköpings universitet, og leder af undersøgelsen.

Molekylet tilhører en gruppe kendt som "molekylære fotoswitches." Disse fås altid i to forskellige former, isomerer, der adskiller sig i deres kemiske strukturer. De to former har forskellige egenskaber, og for molekylet udviklet af LiU -forskere, denne forskel er i energiindholdet. Alle fotoswitches kemiske strukturer påvirkes af lysenergi. Det betyder, at strukturen, og dermed egenskaberne, af en fotokontakt kan ændres ved at belyse den. Et muligt anvendelsesområde for fotoswitches er molekylær elektronik, hvor de to former af molekylet har forskellige elektriske ledningsevner. Et andet område er fotofarmakologi, hvor en form af molekylet er farmakologisk aktiv og kan binde til et specifikt målprotein i kroppen, mens den anden form er inaktiv.

Det er almindeligt inden for forskning, at eksperimenter først udføres, og teoretisk arbejde efterfølgende bekræfter de eksperimentelle resultater, men i dette tilfælde var proceduren omvendt. Bo Durbeej og hans gruppe arbejder inden for teoretisk kemi, og foretage beregninger og simuleringer af kemiske reaktioner. Dette indebærer avancerede computersimuleringer, som udføres på supercomputere på National Supercomputer Center, NSC, i Linköping. Beregningerne viste, at det molekyle, forskerne havde udviklet, ville undergå den kemiske reaktion, de havde brug for, og at det ville foregå ekstremt hurtigt, inden for 200 femtosekunder. Deres kolleger på Research Center for Natural Sciences i Ungarn var derefter i stand til at bygge molekylet, og udføre eksperimenter, der bekræftede den teoretiske forudsigelse.

For at lagre store mængder solenergi i molekylet, forskerne har forsøgt at gøre energiforskellen mellem de to isomerer så stor som muligt. Modersformen af ​​deres molekyle er ekstremt stabil, en egenskab, der inden for organisk kemi betegnes ved at sige, at molekylet er "aromatisk". Grundmolekylet består af tre ringe, som hver især er aromatisk. Når det absorberer lys, imidlertid, aromatikken er tabt, sådan, at molekylet bliver meget mere energirigt. LiU -forskerne viser i deres undersøgelse, offentliggjort i Journal of the American Chemical Society , at konceptet om at skifte mellem aromatiske og ikke-aromatiske tilstande i et molekyle har et stort potentiale inden for molekylære fotoswitches.

"De fleste kemiske reaktioner starter i en tilstand, hvor et molekyle har høj energi og efterfølgende passerer til en med lav energi. Her, vi gør det modsatte - et molekyle, der har lav energi, bliver et med høj energi. Vi forventer, at det bliver svært, men vi har vist, at en sådan reaktion er mulig både hurtigt og effektivt, ”siger Bo Durbeej.

Forskerne vil nu undersøge, hvordan den lagrede energi på den bedste måde kan frigives fra molekylets energirige form.