开发出储存太阳能的分子

时间：2021-06-15 17:05:18 来源：

瑞典林雪平大学的研究人员开发出一种分子，可以从阳光中吸收能量并将其储存在化学键中。该分子的一个可能的长期用途是有效地捕获太阳能并将其存储以备后用。目前的研究结果已发表在美国化学会志，JACS。

地球从太阳接收的能量比我们人类可以使用的能量多许多倍。这种能量被太阳能设施吸收，但太阳能的挑战之一是有效地储存它，以便在没有阳光照射时可以使用能量。这促使林雪平大学的科学家研究在新分子中捕获和储存太阳能的可能性。

开发出储存太阳能的分子

“我们的分子可以采取两种不同的形式：一种可以从阳光中吸收能量的母体形式，另一种形式是母体形式的结构发生变化并变得更加富含能量，同时保持稳定。这使得它可以有效地将阳光中的能量存储在分子中，”林雪平大学物理、化学和生物学系计算物理学教授、该研究的负责人 Bo Durbeej 说。

该分子属于称为“分子光开关”的组。它们总是以两种不同的形式存在，即异构体，它们的化学结构不同。这两种形式具有不同的特性，在 LiU 研究人员开发的分子的情况下，这种差异在于能量含量。所有光电开关的化学结构都受光能的影响。这意味着光开关的结构和特性可以通过照亮它来改变。光开关的一个可能应用领域是分子电子学，其中两种形式的分子具有不同的电导率。另一个领域是光药理学，其中一种形式的分子具有药理活性，可以与体内特定的靶蛋白结合，而另一种形式则是无活性的。

在研究中，先做实验，然后理论工作证实实验结果是很常见的，但在这种情况下，程序被颠倒了。Bo Durbeej 和他的团队从事理论化学工作，并对化学反应进行计算和模拟。这涉及高级计算机模拟，这些模拟是在位于林雪平的 NSC 国家超级计算机中心的超级计算机上执行的。计算表明，研究人员开发的分子将进行他们所需的化学反应，而且反应速度极快，在 200 飞秒内。他们在匈牙利自然科学研究中心的同事随后能够构建这种分子，并进行实验以证实理论预测。

为了在分子中储存大量的太阳能，研究人员试图使两种异构体之间的能量差异尽可能大。它们分子的母体形式非常稳定，在有机化学中，这种特性被称为“芳香族”分子。基本分子由三个环组成，每个环都是芳香环。然而，当它吸收光时，芳香性就会消失，从而使分子变得更加富含能量。LiU 的研究人员在发表在《美国化学学会杂志》上的研究中表明，在分子的芳香和非芳香状态之间切换的概念在分子光开关领域具有重大潜力。

“大多数化学反应开始于一个分子具有高能量的条件，然后传递给一个低能量的分子。在这里，我们做相反的事情——一个低能量的分子变成一个高能量的分子。我们希望这是困难，但我们已经证明这种反应可以快速有效地发生，”Bo Durbeej 说。

研究人员现在将研究如何以最佳方式从富含能量的分子形式释放储存的能量。

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