VINACHEM

Năng lượng Trái Đất tiếp nhận hàng ngày từ Mặt Trời lớn gấp nhiều lần lượng năng lượng con người có thể tiêu thụ. Ngày nay, một phần năng lượng đó được các thiết bị năng lượng Mặt Trời hấp thụ, nhưng một trong những thách thức lớn của năng lượng Mặt Trời là phải được lưu trữ một cách hiệu quả để có thể sử dụng khi không có ánh nắng.

Vừa qua, các nhà nghiên cứu tại Đại học Linkoping, Thụy Điển, đã tạo ra một loại phân tử có thể hấp thụ năng lượng từ ánh sáng Mặt Trời để lưu trữ trong các liên kết hóa học.

Theo một nhà nghiên cứu trong nhóm, phân tử mới của họ có hai dạng đồng phân: Dạng gốc ban đầu có thể hấp thụ ánh nắng Mặt Trời và dạng thứ hai với cấu trúc đã biến đổi, trở nên giàu năng lượng hơn nhưng vẫn duy trì ở trạng thái bền vững, nhờ đó có thể lưu trữ có hiệu quả năng lượng của ánh nắng Mặt Trời.

Phân tử nói trên thuộc vào nhóm các chất gọi là “công-tắc quang phân tử”, chúng luôn tồn tại ở hai dạng đồng phân với cấu trúc hóa học khác nhau và tính chất khác nhau. Trong trường hợp phân tử do các nhà khoa học Đại học Linkoping khám phá, sự khác biệt này nằm ở hàm lượng năng lượng. Cấu trúc hóa học của tất cả các chất công-tắc quang phân tử đều bị ảnh hưởng bởi năng lượng ánh sáng. Điều đó có nghĩa là cấu trúc (và cùng với nó là tính chất) của chất công-tắc quang phân tử có thể được thay đổi bằng cách chiếu ánh sáng. Những lĩnh vực áp dụng tiềm năng đối với các chất công-tắc quang phân tử là điện tử phân tử và quang - dược học.

Trong nghiên cứu, thông thường người ta tiến hành thí nghiệm trước, sau đó sẽ thực hiện công việc lý thuyết để xác nhận kết quả, nhưng trong trường hợp nói trên quy trình đã được đảo ngược. Các nhà nghiên cứu tại Đại học Linkoping đã làm việc trước tiên với hóa học lý thuyết, thực hiện các phép tính và mô phỏng các phản ứng hóa học, trong đó gồm có các mô phỏng được thực hiện trên siêu máy tính của Trung tâm Siêu máy tính quốc gia (NSC) ở Linkoping. Tính toán cho thấy phân tử do các nhà nghiên cứu tạo ra sẽ trải qua phản ứng hóa học cần thiết, phản ứng diễn ra đặc biệt nhanh, chỉ trong vòng 200 Femto giây. Sau đó, các đồng nghiệp của họ ở Hunggari đã tạo ra được phân tử này và thực hiện thí nghiệm xác nhận dự báo lý thuyết.

Để có thể lưu trữ một lượng lớn năng lượng Mặt Trời trong phân tử, các nhà nghiên cứu đã tìm cách tạo ra chênh lệch lớn nhất có thể về hàm lượng năng lượng giữa hai dạng đồng phân. Dạng gốc ban đầu của phân tử đặc biệt bền vững, đây là tính chất mà trong hóa học hữu cơ thường được sử dụng khi nói về các “hợp chất thơm”. Phân tử cơ bản có ba vòng, mỗi vòng đều là vòng thơm. Nhưng khi hấp thụ ánh sáng thì tính chất thơm mất đi, phân tử trở nên giàu năng lượng hơn. Trong nghiên cứu nói trên, các nhà nghiên cứu đã cho thấy việc chuyển đổi giữa các trạng thái thơm và không thơm của phân tử có tiềm năng ứng dụng quan trọng trong lĩnh vực các chất công-tắc quang phân tử. Các nhà nghiên cứu cho biết, phần lớn các phản ứng hóa học bắt đầu ở tình trạng phân tử năng lượng cao, sau đó chuyển sang tình trạng năng lượng thấp, nhưng họ đã làm ngược lại - một phân tử có năng lượng thấp trở thành phân tử có năng lượng cao. Tuy đó là việc khó khăn, nhưng họ đã chứng minh có thể thực hiện phản ứng như vậy một cách nhanh chóng và hiệu quả.

HV

Theo Science Daily, 8/2020