瑞典林雪平大學(LiU)的研究人員發明了一種新型分子,在受到光照後,將轉變自身的結構把光能儲存在分子內部。這意味著可以利用分子有效吸收太陽能並儲存備用。

這項發表在《美國化學會誌》(JACS)上的研究利用一類稱為「光電開關分子」的化合物實現了這一成果。光電開關分子在光照的刺激下可以轉換自身的化學結構,從而展現完全不同的特性。

光電開關分子至少已有兩種常見的應用。一類是分子電子學,就是當分子處於不同的結構的時候,具有不同的導電性能。另一類是光藥理學,即在一種形式下分子的藥理特性處於活躍的狀態,可以與生物體特定的目標蛋白綁定,另一種形式下則處於休眠狀態。

很多研究是採用先實驗,再通過理論計算驗證的方式。這份研究是先利用計算化學,在電腦上完成計算和模擬,找到一種分子在光的作用下,其轉化形式和所需的性能正符合研究人員的需要,再將分子設計送到實驗室製造。研究人員計算顯示,這種分子受到光照後,在不到200飛秒(10的負15次方秒)這樣極短的時間內完成結構的轉變。

為了實現分子高效儲能,研究人員必須讓這種分子在兩種狀態下的能量差達到最大化。他們所開發的分子在一種形式下是極其穩定的芳香烴形式,具有三個苯環結構。當它吸收陽光後,苯環消失,分子變成高能態。

研究者之一林雪平大學計算物理學教授杜比(Bo Durbeej)說:「多數化學反應內分子從高能向低能轉化,這裏,我們所做的相反——分子從低能向高能的狀態轉化。我們原以為這很困難,但是我們的結果展示了實現既快速又高效變化的可能性。」接下來,研究人員將考察如何最有效地將分子存儲的能量釋放出來。◇