Bo Durbeej e il suo gruppo utilizzano simulazioni al computer avanzate di reazioni chimiche, che vengono eseguiti presso il Centro Nazionale Supercomputer, NSC, a Linköping.
Ricercatori dell'Università di Linköping, Svezia, hanno sviluppato una molecola che assorbe energia dalla luce solare e la immagazzina in legami chimici. Un possibile uso a lungo termine della molecola è quello di catturare l'energia solare in modo efficiente e conservarla per un consumo successivo. I risultati attuali sono stati pubblicati nel Giornale dell'American Chemical Society (JACS) .
La Terra riceve molte volte più energia dal sole di quanta ne possiamo usare noi umani. Questa energia viene assorbita dagli impianti di energia solare, ma una delle sfide dell'energia solare è immagazzinarla in modo efficiente, tale che l'energia è disponibile quando il sole non splende. Ciò ha portato gli scienziati dell'Università di Linköping a studiare la possibilità di catturare e immagazzinare l'energia solare in una nuova molecola.
"La nostra molecola può assumere due forme diverse:una forma madre che può assorbire energia dalla luce solare, e una forma alternativa in cui la struttura della forma madre è stata modificata e diventa molto più ricca di energia, pur rimanendo stabile. Ciò consente di immagazzinare in modo efficiente l'energia della luce solare nella molecola, "dice Bo Durbeej, professore di fisica computazionale nel Dipartimento di Fisica, Chimica e Biologia all'Università di Linköping, e capofila dello studio.
La molecola appartiene a un gruppo noto come "fotointerruttori molecolari". Questi sono sempre disponibili in due diverse forme, isomeri, che differiscono nelle loro strutture chimiche. Le due forme hanno proprietà diverse, e nel caso della molecola sviluppata dai ricercatori LiU, questa differenza è nel contenuto energetico. Le strutture chimiche di tutti i fotointerruttori sono influenzate dall'energia luminosa. Ciò significa che la struttura, e quindi le proprietà, di un fotointerruttore può essere modificato illuminandolo. Una possibile area di applicazione dei fotointerruttori è l'elettronica molecolare, in cui le due forme della molecola hanno conducibilità elettriche differenti. Un'altra area è la fotofarmacologia, in cui una forma della molecola è farmacologicamente attiva e può legarsi a una specifica proteina bersaglio nel corpo, mentre l'altro modulo è inattivo.
È comune nella ricerca che gli esperimenti vengano fatti prima e il lavoro teorico successivamente confermerà i risultati sperimentali, ma in questo caso la procedura è stata invertita. Bo Durbeej e il suo lavoro di gruppo in chimica teorica, e condurre calcoli e simulazioni di reazioni chimiche. Si tratta di simulazioni al computer avanzate, che vengono eseguiti su supercomputer presso il Centro Nazionale Supercomputer, NSC, a Linköping. I calcoli hanno mostrato che la molecola che i ricercatori avevano sviluppato avrebbe subito la reazione chimica di cui avevano bisogno, e che sarebbe avvenuto molto velocemente, entro 200 femtosecondi. I loro colleghi del Centro di ricerca per le scienze naturali in Ungheria sono stati quindi in grado di costruire la molecola, ed eseguire esperimenti che hanno confermato la previsione teorica.
Per immagazzinare grandi quantità di energia solare nella molecola, i ricercatori hanno tentato di aumentare il più possibile la differenza di energia tra i due isomeri. La forma madre della loro molecola è estremamente stabile, una proprietà che all'interno della chimica organica si denota dicendo che la molecola è "aromatica". La molecola di base è costituita da tre anelli, ognuno dei quali è aromatico. Quando assorbe la luce, però, si perde l'aromaticità, tale che la molecola diventa molto più ricca di energia. I ricercatori LiU mostrano nel loro studio, pubblicato in Giornale della Società Chimica Americana , che il concetto di commutazione tra stati aromatici e non aromatici di una molecola ha un grande potenziale nel campo dei fotointerruttori molecolari.
"La maggior parte delle reazioni chimiche iniziano in una condizione in cui una molecola ha un'alta energia e successivamente passa a una con una bassa energia. Qui, facciamo il contrario:una molecola a bassa energia diventa una molecola ad alta energia. Ci aspetteremmo che questo sia difficile, ma abbiamo dimostrato che è possibile che una tale reazione avvenga in modo rapido ed efficiente, "dice Bo Durbeej.
I ricercatori ora esamineranno come l'energia immagazzinata può essere rilasciata dalla forma ricca di energia della molecola nel modo migliore.
