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 opfange solenergi effektivt og opbevare 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 optages af solenergianlæg, men en af udfordringerne ved solenergi er at lagre den effektivt, så energien er tilgængelig, når solen ikke skinner. Dette fik forskere ved Linköping Universitet til at undersøge muligheden for at opfange og lagre solenergi i et nyt molekyle.
"Vores molekyle kan antage to forskellige former: en moderform, der kan absorbere energi fra sollys, og en alternativ form, hvor strukturen af moderformen er blevet ændret og blevet meget mere energirig, mens den forbliver Dette gør det muligt at lagre energien i sollys i molekylet effektivt," 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 er altid tilgængelige 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 er denne forskel i energiindholdet. De kemiske strukturer af alle fotoswitches er påvirket af lysenergi. Det betyder, at strukturen, og dermed egenskaberne, af en fotoswitch kan ændres ved at belyse den. Et muligt anvendelsesområde for fotoswitches er molekylær elektronik, hvor de to former for molekylet har forskellige elektriske ledningsevner. Et andet område er fotofarmakologi, hvor den ene form af molekylet er farmakologisk aktiv og kan binde sig til et specifikt målprotein i kroppen, mens den anden form er inaktiv.
Det er almindeligt i forskning, at eksperimenter udføres først, og teoretisk arbejde bekræfter efterfølgende de eksperimentelle resultater, men i dette tilfælde blev proceduren omvendt. Bo Durbeej og hans gruppe arbejder med teoretisk kemi og udfører beregninger og simuleringer af kemiske reaktioner. Det drejer sig om avancerede computersimuleringer, som udføres på supercomputere på National Supercomputer Centre, NSC, i Linköping. Beregningerne viste, at det molekyle, forskerne havde udviklet, ville gennemgå den kemiske reaktion, de krævede, og at det ville foregå ekstremt hurtigt, inden for 200 femtosekunder. Deres kolleger ved Forskningscenter for Naturvidenskab 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 har forskerne forsøgt at gøre energiforskellen mellem de to isomerer så stor som muligt. Moderformen 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 er aromatiske. Når det absorberer lys, går aromaticiteten dog tabt, så molekylet bliver meget mere energirigt. LiU-forskerne viser i deres undersøgelse, offentliggjort i Journal of the American Chemical Society, at konceptet med at skifte mellem aromatiske og ikke-aromatiske tilstande af 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 går over til et med lav energi. Her gør vi det modsatte - et molekyle, der har lav energi, bliver et med høj energi. Vi forventer, at det bliver svært, men vi har vist, at det er muligt for en sådan reaktion at foregå både hurtigt og effektivt," siger Bo Durbeej.
Forskerne vil nu undersøge, hvordan den lagrede energi kan frigives fra molekylets energirige form på bedste vis.
