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 Journal of the American Chemical Society (JACS).
La Tierra recibe muchas veces más energía del sol de la que los humanos podemos utilizar. Esta energía es absorbida por las 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 brilla. 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 parental que puede absorber energía de la luz solar, y una forma alternativa en la que la estructura de la forma parental ha cambiado y se ha vuelto mucho más rica en energía. En ella, sin dejar de ser estable, es posible almacenar la energía de la luz solar en la molécula de manera eficiente», dice en un comunicado Bo Durbeej, profesor de física computacional en el Departamento de Física, Química y Biología de 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 de energía. Las estructuras químicas de todos los interruptores fotográficos están influenciadas por la energía luminosa.
Esto significa que la estructura y, por tanto, las propiedades de un interruptor fotográfico pueden cambiarse iluminándolo. Un posible campo de aplicación de los interruptores fotográficos es la electrónica molecular, en la que las dos formas de la molécula tienen conductividades eléctricas diferentes. Otra área es la fotofarmacología, en la 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 hagan primero y el trabajo teórico luego confirme los resultados experimentales, pero en este caso el procedimiento se invirtió. Bo Durbeej y su grupo trabajan en química teórica y realizan cálculos y simulaciones de reacciones químicas. Se trata de simulaciones por ordenador avanzadas, que se realizan en supercomputadoras en el Centro Nacional de Supercomputadoras, NSC, en Linköping.
Los cálculos mostraron que la molécula que habían desarrollado los investigadores sufriría la reacción química que requerían, y que se produciría extremadamente rápido, en 200 femtosegundos. Sus colegas del Centro de Investigación de Ciencias Naturales de Hungría pudieron construir la molécula y realizar experimentos que confirmaron 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. Sin embargo, cuando absorbe la luz, se pierde la aromaticidad, de modo que la molécula se vuelve mucho más rica en energía. Los investigadores de LiU muestran en su estudio, publicado en el Journal of the American Chemical Society, que el concepto de cambiar entre estados aromáticos y no aromáticos de una molécula tiene un gran potencial en el campo de los fotointerruptores 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 baja energía se convierte en una con alta energía. Esperaríamos que esto sea difícil , pero hemos demostrado que es posible que una reacción de este tipo se produzca de forma rápida y eficaz», 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.
