محققان دانشگاه لینکوینگ سوئد مولکولی را توسعه داده اند که انرژی را از نور خورشید جذب می کند و آن را در پیوندهای شیمیایی ذخیره می کند. استفاده طولانی مدت احتمالی از مولکول، گرفتن انرژی خورشیدی به طور کارآمد و ذخیره آن برای مصرف بعدی است. نتایج فعلی در مجله انجمن شیمیایی آمریکا، JACS منتشر شده است.
زمین انرژی زیادی از خورشید دریافت می کند تا ما انسان ها می توانیم از آن استفاده کنیم. این انرژی توسط تأسیسات انرژی خورشیدی جذب می شود، اما یکی از چالش های انرژی خورشیدی ذخیره کارآمد آن است، به گونه ای که انرژی در هنگام درخشش نبودن خورشید در دسترس باشد. این امر دانشمندان دانشگاه لینکوینگ را بر آن داشت تا امکان تصرف و ذخیره انرژی خورشیدی در یک مولکول جدید را بررسی کنند.
"مولکول ما می تواند دو شکل مختلف به خود بگیرد: یک فرم والد که می تواند انرژی را از نور خورشید جذب کند، و یک فرم جایگزین که در آن ساختار فرم والد تغییر کرده و بسیار غنی از انرژی شده است، در حالی که پایدار باقی مانده است.
بو دوربیج، استاد فیزیک محاسباتی در دپارتمان فیزیک، شیمی و زیست شناسی دانشگاه لینکوپینگ، و رهبر این مطالعه می گوید: «این امکان را می دهد که انرژی را در نور خورشید در مولکول به طور کارآمد ذخیره کنیم».
این مولکول متعلق به گروهی است که به «فتوویچ های مولکولی» معروفند. این ها همیشه به دو شکل مختلف در دسترس هستند، isomers، که در ساختارهای شیمیایی خود متفاوت است. دو شکل خواص متفاوتی دارند و در مورد مولکول توسعه یافته توسط محققان LiU این تفاوت در محتوای انرژی است. ساختارهای شیمیایی تمام فتوش ها تحت تأثیر انرژی نور قرار می گیرد.
این بدان معنی است که ساختار، و در نتیجه خواص، از یک فتوشینگ را می توان با روشن کردن آن تغییر داد. یکی از زمینه های ممکن کاربرد برای فتوویچ ها الکترونیک مولکولی است که در آن دو شکل مولکول دارای هادی های الکتریکی متفاوتی هستند. منطقه دیگر فتو فارماکولوژی است که در آن یک شکل از مولکول از نظر فارماکولوژیک فعال است و می تواند به یک پروتئین هدف خاص در بدن متصل شود، در حالی که شکل دیگر غیرفعال است.
در تحقیقات شایع است که آزمایش ها ابتدا انجام می شوند و کار نظری متعاقباً نتایج تجربی را تأیید می کند، اما در این مورد روش معکوس شد. بو دوربیج و گروهش در شیمی نظری کار می کنند، و محاسبات و شبیه سازی های واکنش های شیمیایی را انجام می دهند.
این شامل شبیه سازی های پیشرفته کامپیوتری است که بر روی ابر رایانه ها در مرکز ملی ابر کامپیوتر، NSC، در لینکوینگ انجام می شود. محاسبات نشان داد که مولکولی که محققان توسعه داده بودند، تحت واکنش شیمیایی مورد نیاز خود قرار خواهند گرفت، و در عرض ۲۰۰ فمت ثانیه به شدت سریع صورت خواهد گرفت. همکاران آن ها در مرکز تحقیقات علوم طبیعی در مجارستان پس از آن توانستند مولکول را بسازند، و آزمایش هایی انجام دهند که پیش بینی نظری را تأیید می کرد.
محققان به منظور ذخیره مقادیر زیادی انرژی خورشیدی در مولکول، تلاش کرده اند تا تفاوت انرژی بین دو isomers را تا حد امکان بزرگ کنند. شکل والد مولکول آن ها به شدت پایدار است، یک ملک که درون شیمی آلی با گفتن این که مولکول «معطر» است، تعیین می شود.
مولکول پایه شامل سه حلقه است که هر کدام معطر هستند. اما وقتی نور را جذب می کند، معطری از دست می رود، به گونه ای که مولکول بسیار غنی از انرژی می شود. محققان LiU در مطالعه خود که در مجله انجمن شیمیایی آمریکا منتشر شده است نشان می دهند که مفهوم تعویض بین حالت های معطر و غیر معطر یک مولکول پتانسیل عمده ای در زمینه عکس های مولکولی دارد.
او می گوید: «بیشتر واکنش های شیمیایی در شرایطی شروع می شوند که یک مولکول انرژی بالایی دارد و متعاقباً با انرژی کم به یک می گذرد. در اینجا برعکس انجام می دهیم - مولکولی که انرژی پایینی دارد یکی با انرژی بالا می شود. بو دوربیج می گوید ما انتظار داریم که این کار دشوار باشد، اما نشان داده ایم که این امکان وجود دارد که چنین واکنشی هم به سرعت و هم به صورت کارآمد صورت گیرد.»
اکنون محققان بررسی خواهند کرد که چگونه می توان انرژی ذخیره شده را از شکل غنی از انرژی مولکول به بهترین شکل آزاد کرد.
