Alcuni ricercatori della Linköping University, in Svezia, hanno sviluppato una molecola in grado di assorbire energia dalla luce solare e accumularla in legami chimici. Un possibile uso a lungo termine di queste molecole è quello di acquisire, con elevata efficienza, energia solare e accumularla per un consumo successivo. I risultati del lavoro sono stati pubblicati sul Journal of the American Chemical Society.
La Terra riceve dal Sole una quantità di energia molte volte superiore al fabbisogno dell’Uomo. Questa energia viene assorbita dagli impianti di energia solare, ma una delle sfide correnti è quella di poter accumulare l’energia solare, con un alto livello di efficienza, in modo che questa energia possa essere disponibile quando il Sole non splende. Questa sfida ha portato gli scienziati della Linköping University ad attivare una ricerca, nel tentativo di catturare e accumulare energia solare in una nuova molecola.
Bo Durbeej, leader del team di ricerca e professore di fisica computazionale presso il Dipartimento di Fisica, Chimica e Biologia della Linköping University, afferma che la molecola da loro sviluppata può presentarsi in due forme: una forma principale, che può assorbire energia dalla luce solare, e una forma alternativa, nella quale è stata modificata la struttura della forma principale, acquisendo maggiore energia, pur rimanendo stabile. Ciò consente di immagazzinare, all’interno della molecola, energia dalla luce solare in modo molto efficiente.
Questa particolare molecola appartiene al gruppo conosciuto con il nome di fototransizioni (photoswitches) molecolari. Le molecole appartenenti a questo gruppo sono sempre disponibili in due forme diverse, isomere, che differiscono nelle loro strutture chimiche. Queste due forme hanno anche proprietà diverse, e, nel caso della molecola sviluppata alla Linköping University, questa differenza è rappresentata dal contenuto energetico.
Le strutture chimiche di tutte le molecole a fototransizione sono influenzate dall’energia della luce. Questo significa che, se una molecola a fototransizione viene illuminata, essa può cambiare la sua struttura, e quindi le sue proprietà. Uno dei possibili settori di applicazione delle molecole a fototransizione è indubbiamente l’elettronica molecolare, nella quale le due forme della molecola hanno conducibilità elettriche diverse. Un altro settore potrebbe essere la fotofarmacologia, nella quale una forma della molecola è farmacologicamente attiva e può legarsi a una specifica proteina in un corpo umano, mentre l’altra forma rimane inattiva.
Nella ricerca scientifica, può capitare che gli esperimenti precedano l’attività teorica, la quale subentra in un secondo momento a supporto (o meno) dei risultati sperimentali; ma in questo caso la procedura si è invertita. Il gruppo di lavoro di Bo Durbeej opera nel campo della chimica teorica, sviluppando calcoli e simulazioni di reazioni chimiche. Questi lavori comprendono anche simulazioni al computer avanzate, che vengono effettuate presso i supercomputer del National Supercomputer Centre di Linköping.
I calcoli hanno mostrato che la molecola sviluppata dai ricercatori è compatibile con la reazione chimica che i ricercatori cercavano. Una volta individuata, la molecola è stata quindi costruita, materialmente, presso il Research Centre for Natural Sciences in Ungheria, dove sono stati anche condotti gli esperimenti che hanno confermato la previsione teorica degli scienziati svedesi.
Allo scopo di accumulare nella molecola una grande quantità di energia solare, i ricercatori hanno tentato di rendere quanto più ampia possibile la differenza di energia tra i due isomeri. La forma principale della molecola è estremamente stabile, una proprietà che nell’ambito della chimica organica è sottolineata dicendo che la molecola è aromatica. La molecola base è costituita da tre anelli, ognuno dei quali è aromatico. Quando la molecola assorbe la luce, però, si perde questa proprietà aromatica, e la molecola comincia ad acquisire sempre più energia. I ricercatori della Linköping University, nel loro studio, mostrano che, nell’ambito delle fototransizioni molecolari, il concetto di transizione tra gli stati aromatici e non-aromatici di una molecola, assumo un’importanza più rilevante.
La maggior parte delle reazioni chimiche ha inizio in uno stato in cui una molecola ha una quantità elevata di energia, passando, successivamente, a uno stato in cui la sua energia è più bassa. Nel caso trattato in questo contesto, avviene l’opposto – una molecola con bassa energia si trasforma in una con energia più elevata. In generale, ci si aspetta che una reazione del genere sia di difficile realizzazione ma i ricercatori svedesi hanno dimostrato che una tale reazione può avvenire in tempi rapidi e con alti livelli di efficienza.
Il prossimo lavoro del gruppo sarà quello di esaminare in che modo sarà possibile rilasciare, nel miglior modo possibile, l’energia accumulata dalla forma più energetica della molecola.
Fonte: phys.org
