ساخت مولكول جديدي براي ذخيره انرژي خورشيدي در پيوندهاي شيميايي
زمين نسبت‌به چيزي كه ما انسان‌ها مي‌توانيم از آن استفاده كنيم، انرژي بسيار بيشتري از خورشيد دريافت مي‌كند. اين انرژي به‌وسيله‌ي تاسيسات انرژي خورشيدي جذب مي‌شوند؛ اما يكي از چالش‌هاي انرژي خورشيدي، ذخيره‌ي كردن كارآمد آن است به‌طوري كه بتوان از انرژي ذخيره‌شده در مواقعي كه خورشيد نمي‌تابد، استفاده كرد. اين مسئله، دانشمندان دانشگاه لينشوپينگ سوئد را برآن داشت تا امكان گرفتن و ذخيره‌ي انرژي خورشيدي را در مولكولي جديد مورد مطالعه قرار دهند. بو دوربيج، استاد فيزيك محاسباتي گروه فيزيك، شيمي و زيست‌شناسي دانشگاه لينشوپينگ و سرپرست مطالعه مي‌گويد: «مولكول ما مي‌تواند دو شكل مختلف به خود بگيرد: يك شكل والدي (اصلي) كه مي‌تواند انرژي حاصل از خورشيد را جذب كند و شكل ديگري كه در آن ساختار والدي تغيير كرده و در حين پايداري، بسيار پرانرژي‌تر مي‌شود. اين امر ذخيره‌كردن كارآمد انرژي موجود در نور خورشيد را در يك مولكول مقدور مي‌سازد.»
مولكول مذكور به گروهي از دستگاه‌هاي مولكولي تعلق دارد كه كليدهاي نوري مولكولي ناميده مي‌شوند. اين مولكول‌ها هميشه به دو فرم مختلف يا اياخبار تخصصير وجود دارند كه ازانديشه متخصصين ساختار شيميايي با هم متفاوت هستند. اين دو فرم خصوصيات متفاوتي دارند و درمورد مولكولي كه به‌وسيله‌ي پژوهشگران دانشگاه لينشوپينگ توسعه داده شده است، تفاوت در محتواي انرژي آن‌ها است.
ساختارهاي شيميايي تمام كليدهاي نوري تحت‌تأثير انرژي نور قرار مي‌گيرد. اين بدان معنا است كه ساختار و بنابراين ويژگي‌هاي كليد نوري را مي‌توان با تاباندن نور بر آن تغيير داد. يكي از زمينه‌هاي ممكن براي متخصصد كليدهاي نوري در الكترونيك مولكولي است كه در آن دو فرم مولكول رسانايي الكتريكي مختلفي دارند. زمينه‌ي ديگر در فوتوفارماكولوژي است كه در آن يك فرم از مولكول ازانديشه متخصصين دارويي فعال است و مي‌تواند به پروتئين هدف خاصي در بدن متصل شود درحالي‌كه شكل ديگر آن غيرفعال است.
در پژوهش‌ها معمول است كه ابتدا آزمايش‌ها انجام شود و سپس مطالعات تئوريكي نتايج آزمايشي را تأييد كنند اما در پژوهش جديد، اين رويه معكوس شد. بو دوربيج و گروهش در زمينه‌ي شيمي تئوري كار مي‌كنند و محاسبات و شبيه‌سازي‌هاي واكنش‌هاي شيميايي را انجام مي‌دهند. اين كار شامل شبيه‌سازي‌هاي كامپيوتري پيشرفته است كه با استفاده از سوپركامپيوترها
محاسبات نشان داد مولكولي كه پژوهشگران آن را توسعه داده‌اند، تحت واكنش موردانديشه متخصصين قرار مي‌گيرد و سرعت واكنش بسيار زياد بوده و طي ۲۰۰ فمتوثانيه رخ مي‌دهد (يك فمتوثانيه برابر يك ميليون ميلياردم ثانيه است). سپس پژوهشگراني از مركز پژوهشي علوم طبيعي در مجارستان توانستند مولكول را بسازند و آزمايش‌هايي را انجام دهند كه پيش‌بيني تئوريكي را تأييد كرد.
پژوهشگران به‌منظور ذخيره‌ي مقادير زيادي انرژي خورشيدي در مولكول تلاش كرده‌اند تا اختلاف انرژي ميان دو اياخبار تخصصير را به حداكثر برسانند. شكل والدي مولكول بسيار پايدار است. در شيمي آلي براي توصيف اين خاصيت گفته مي‌شود مولكول آروماتيك است. مولكول اوليه از سه حلقه تشكيل شده است كه هركدام از آن‌ها آروماتيك هستند. اگرچه با جذب نور، خاصيت آروماتيكي از دست مي‌رود؛ به‌طوري كه مولكول بسيار پر انرژي‌تر مي‌شود.
پژوهشگران در مطالعه‌ي خود كه در مجله‌ي Journal of the American Chemical Society منتشر شد، نشان مي‌دهند كه مفهوم جابه‌جايي ميان حالت‌هاي آروماتيك و غيرآروماتيك مولكول‌ها داراي پتانسيل بزرگي در زمينه‌ي كليدهاي نوري مولكولي است. بو دوربيج مي‌گويد: «بيشتر واكنش‌هاي شيميايي در شرايطي شروع مي‌شوند كه در آن‌ها يك مولكول انرژي بالايي دارد و سپس به مولكولي با انرژي پايين‌تر تبديل مي‌شود. ما در اينجا برعكس عمل مي‌كنيم. مولكولي كه داراي انرژي پاييني است به مولكولي با انرژي بالا مبدل مي‌شود. انتظار داشتيم كه اين كار دشوار باشد، اما نشان داده‌ايم كه انجام سريع و كارآمد چنين واكنشي ممكن است.»
پژوهشگران در ادامه به مطالعه اين موضوع مي‌پردازند كه چگونه انرژي ذخيره‌شده مي‌تواند به بهترين نحو از شكل پرانرژي مولكول آزاد شود.
هم انديشي ها