Исследователи разработали молекулу для хранения солнечной энергии

Исследователи из Университета Линчепинга (LiU), Швеция, разработали молекулу, которая поглощает энергию из солнечного света и хранит ее в химических связях.

Возможное долгосрочное использование молекулы заключается в эффективном улавливании солнечной энергии и ее хранении для последующего потребления. Текущие результаты были опубликованы в журнале Американского химического общества (JACS).

Молекула - солнечный аккумулятор

Земля получает от Солнца во много раз больше энергии, чем мы, люди, можем использовать. Эта энергия поглощается солнечными энергетическими установками, но одна из проблем солнечной энергии заключается в ее эффективном хранении таким образом, чтобы энергия была доступна, когда солнце не светит. Это привело ученых из Университета Линчепинга к изучению возможности улавливания и хранения солнечной энергии в новой молекуле.

Подписывайтесь на наш youtube канал!

"Наша молекула может принимать две различные формы: родительская форма, которая может поглощать энергию из солнечного света, и альтернативная форма, в которой структура родительской формы была изменена и стала гораздо 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 Линчёпинского университета и руководитель исследования.

Молекула принадлежит к группе, известной как "молекулярные фотоэлементы". Они всегда доступны в двух различных формах, изомерах, которые различаются по своей химической структуре. Эти две формы обладают различными свойствами, и в случае молекулы, разработанной исследователями LiU, эта разница заключается в содержании энергии. На химические структуры всех фотоэлементов влияет световая энергия. Это означает, что структура, а значит и свойства фотоэлемента, могут быть изменены подсветкой. Одной из возможных областей применения фотоэлементов является молекулярная электроника, в которой две формы молекулы имеют разную электропроводность. Другая область - фотофармакология, в которой одна форма молекулы является фармакологически активной и может связываться с определенным целевым белком в организме, в то время как другая форма является неактивной.

Обычно в исследованиях сначала проводятся эксперименты, а затем теоретические работы подтверждают результаты экспериментов, но в этом случае процедура была перевернута. Бо Дурбей и его группа работают в области теоретической химии, проводят расчеты и моделирование химических реакций. Речь идет о сложных компьютерных симуляциях, которые проводятся на суперкомпьютерах в Национальном суперкомпьютерном центре NSC в Линчёпинге. Расчеты показали, что разработанная исследователями молекула пройдет требуемую химическую реакцию, и что она будет происходить чрезвычайно быстро, в течение 200 фемтосекунд. Их коллеги из Исследовательского центра естественных наук в Венгрии смогли затем построить молекулу и провести эксперименты, которые подтвердили теоретический прогноз.

Для того, чтобы хранить в молекуле большое количество солнечной энергии, исследователи попытались сделать разницу в энергии между двумя изомерами как можно более значительной. Родительская форма их молекулы чрезвычайно стабильна, свойство, которое в рамках органической химии обозначается тем, что молекула является "ароматической". Основная молекула состоит из трех колец, каждое из которых является ароматическим. При поглощении света, однако, аромат теряется, так что молекула становится гораздо более энергоемкой. Исследователи LiU в своем исследовании, опубликованном в журнале Американского химического общества, показывают, что концепция переключения между ароматическими и неароматическими состояниями молекулы имеет большой потенциал в области молекулярных фотонаблюдений.

"Большинство химических реакций начинается в таком состоянии, когда молекула обладает высокой энергией, а затем переходит в состояние с низкой энергией. Здесь мы делаем противоположность - молекула с низкой энергией становится молекулой с высокой энергией. Мы бы ожидали, что это будет трудно, но мы показали, что такая реакция возможна как быстро, так и эффективно", - говорит Бо Дурбей.

Теперь исследователи рассмотрят, каким образом накопленная энергия может быть наилучшим образом высвобождена из богатой энергией формы молекулы. опубликовано econet.ru по материалам phys.org

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet