Investigadores de la Universidad de Linköping, Suecia, han desarrollado una molécula que absorbe energía de la luz solar y la almacena en enlaces químicos. Un posible uso a largo plazo de la molécula es capturar la energía solar de manera eficiente y almacenarla para su posterior consumo. Los resultados actuales se han publicado en el Revista de la Sociedad Química Estadounidense (JACS) .

La Tierra recibe muchas veces más energía del sol de la que los humanos podemos utilizar. Esta energía es absorbida por instalaciones de energía solar, pero uno de los desafíos de la energía solar es almacenarla de manera eficiente, de modo que la energía esté disponible cuando el sol no brille. Esto llevó a los científicos de la Universidad de Linköping a investigar la posibilidad de capturar y almacenar energía solar en una nueva molécula.

"Nuestra molécula puede adoptar dos formas diferentes:una forma madre que puede absorber energía de la luz solar, y una forma alternativa en la que la estructura de la forma madre ha cambiado y se ha vuelto mucho más rica en energía, sin dejar de ser estable. Esto hace posible almacenar la energía de la luz solar en la molécula de manera eficiente, "dice Bo Durbeej, profesor de física computacional en el Departamento de Física, Química y Biología en la Universidad de Linköping, y líder del estudio.

La molécula pertenece a un grupo conocido como "fotoconmutadores moleculares". Estos siempre están disponibles en dos formas diferentes, isómeros que difieren en sus estructuras químicas. Las dos formas tienen propiedades diferentes, y en el caso de la molécula desarrollada por los investigadores de LiU, esta diferencia está en el contenido energético. Las estructuras químicas de todos los interruptores fotográficos están influenciadas por la energía luminosa. Esto significa que la estructura, y así las propiedades, de un interruptor fotográfico se puede cambiar iluminándolo. Un posible campo de aplicación de los interruptores fotográficos es la electrónica molecular, en el que las dos formas de la molécula tienen diferentes conductividades eléctricas. Otra área es la fotofarmacología, en el que una forma de la molécula es farmacológicamente activa y puede unirse a una proteína diana específica en el cuerpo, mientras que la otra forma está inactiva.

Es común en la investigación que los experimentos se realicen primero y el trabajo teórico posteriormente confirme los resultados experimentales. pero en este caso se invirtió el procedimiento. Bo Durbeej y su grupo trabajan en química teórica, y realizar cálculos y simulaciones de reacciones químicas. Esto implica simulaciones por computadora avanzadas, que se realizan en supercomputadoras en el Centro Nacional de Supercomputación, NSC, en Linköping. Los cálculos mostraron que la molécula que los investigadores habían desarrollado sufriría la reacción química que necesitaban. y que se llevaría a cabo extremadamente rápido, dentro de 200 femtosegundos. Sus colegas del Centro de Investigación de Ciencias Naturales de Hungría pudieron construir la molécula, y realizar experimentos que confirmen la predicción teórica.

Para almacenar grandes cantidades de energía solar en la molécula, los investigadores han intentado hacer que la diferencia de energía entre los dos isómeros sea lo más grande posible. La forma original de su molécula es extremadamente estable, una propiedad que dentro de la química orgánica se denota diciendo que la molécula es "aromática". La molécula básica consta de tres anillos, cada uno de los cuales es aromático. Cuando absorbe la luz, sin embargo, la aromaticidad se pierde, de tal manera que la molécula se vuelve mucho más rica en energía. Los investigadores de LiU muestran en su estudio, publicado en el Revista de la Sociedad Química Estadounidense , que el concepto de cambiar entre estados aromáticos y no aromáticos de una molécula tiene un gran potencial en el campo de los fotoconmutadores moleculares.

"La mayoría de las reacciones químicas comienzan en una condición en la que una molécula tiene alta energía y luego pasa a otra con baja energía. Aquí, hacemos lo contrario:una molécula que tiene poca energía se convierte en una con alta energía. Esperaríamos que esto fuera difícil, pero hemos demostrado que es posible que tal reacción tenga lugar rápida y eficientemente, "dice Bo Durbeej.

Los investigadores ahora examinarán cómo la energía almacenada se puede liberar de la forma rica en energía de la molécula de la mejor manera.