Αζουλένιο: Το μυστηριώδες μόριο που μπορεί να οδηγήσει στην «απεριόριστη» ενέργεια

Οι ερευνητές του IOCB Prague (Ινστιτούτο Οργανικής Χημείας και Βιοχημείας της Πράγας) ενδέχεται να έχουν κάνει μια σημαντική ανακάλυψη στην προσπάθειά τους να δημιουργήσουν ανεξάντλητες πηγές ενέργειας. Σύμφωνα με μια νέα μελέτη που δημοσιεύεται στο περιοδικό American Chemical Society, οι ερευνητές εξετάζουν διεξοδικότερα ένα μόριο γνωστό ως αζουλένιο, το οποίο εκπέμπει μπλε ακτινοβολία και φαίνεται να παραβιάζει τους θεμελιώδεις κανόνες της φωτοχημείας.

Στόχος της έρευνας είναι να κατανοηθεί με ποιον τρόπο το αζουλένιο και άλλα παρεμφερή μόρια μετασχηματίζει την ενέργεια μέσω του φθορισμού, ούτως ώστε να δημιουργηθούν εργαστηριακά μόρια που θα μπορούν να μετατρέψουν τα φωτόνια της ηλιακής ακτινοβολίας σε ηλεκτρική ενέργεια με πολύ μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα, άρα σε καθαρότερη μορφή ενέργειας. Η ιδέα αυτή εντάσσεται στο πλαίσιο της φυσιολογικής εξέλιξης των προσπαθειών για την αποτελεσματικότερη αξιοποίηση των ηλιακών κυψελών.

Η εξέλιξη των ηλιακών panels είναι σημαντική τα τελευταία χρόνια, αλλά και πάλι απέχουμε αρκετά από την δυνατότητα να παράγουμε απεριόριστη ενέργεια αξιοποιώντας την ηλιακή ακτινοβολία. Αυτή τη στιγμή υπάρχουν ηλιακά panels με απόδοση που πλησιάζει το 50% σε θεωρητικό επίπεδο, ενώ κάποιες υλοποιήσεις μπορούν να παράγουν ηλεκτρική ενέργεια ακόμα και με πολύ περιορισμένη ηλιοφάνεια.

Για να επιστρέψουμε στο αζουλένιο, το συγκεκριμένο μόριο παρουσιάζει μεγάλο ενδιαφέρον, καθώς έρχεται σε αντίθεση με τον κανόνα του Kasha. Αυτός ο κανόνας εξηγεί πώς τα μόρια εκπέμπουν φως κατά τη μετάβασή τους σε διάφορες διεγερμένες καταστάσεις. Αν χρησιμοποιήσουμε την αναλογία μιας ανερχόμενης σκάλας, τότε το πρώτο σκαλοπάτι, δηλαδή η πρώτη διεγερμένη κατάσταση του μορίου, είναι υψηλό και κάθε επόμενο σκαλοπάτι είναι χαμηλότερο και επομένως πιο κοντά στο προηγούμενο. Όσο μικρότερη είναι η απόσταση μεταξύ των σκαλοπατιών, τόσο πιο γρήγορα το μόριο τείνει να πέσει από το σκαλοπάτι σε χαμηλότερα επίπεδα. Στη συνέχεια, παραμένει για το μεγαλύτερο χρονικό διάστημα στην πρώτη διεγερμένη κατάσταση προτού επιστρέψει στην βασική στάθμη, οπότε και μπορεί να εκπέμψει φως. Το αζουλένιο όμως συμπεριφέρεται διαφορετικά.

Συγκεκριμένα, το αζουλένιο δεν νιώθει «άνετα» στην πρώτη διεγερμένη κατάσταση με αποτέλεσμα να επιστρέφει μέσα σε πικοδευτερόλεπτα (10⁻¹²) στην βασική στάθμη, αλλά παραδόξως παραμένει για πολύ μεγαλύτερο χρονικό διάστημα (nanosecond 10⁻⁹) που είναι αρκετό για να εκπέμψει φως. Επομένως, αυτή η ενέργεια από την διεγερμένη κατάσταση δεν πάει χαμένη και μετατρέπεται εξολοκλήρου σε φωτόνιο υψηλής ενέργειας.

Με την παρούσα έρευνα, η ομάδα ανταποκρίνεται στις ανάγκες του παρόντος, το οποίο αναζητά έναν τρόπο να διασφαλίσει ότι η ενέργεια από τα φωτόνια (π.χ. από τον ήλιο) που συλλαμβάνεται από ένα μόριο δεν χάνεται και ότι μπορεί να χρησιμοποιηθεί περαιτέρω (π.χ. για τη μεταφορά ενέργειας μεταξύ μορίων ή για το διαχωρισμό φορτίων σε ηλιακές κυψέλες).

Στόχος είναι η δημιουργία μορίων που διαχειρίζονται την ενέργεια του φωτός όσο το δυνατόν πιο αποτελεσματικά. Επιπλέον, οι ερευνητές δείχνουν σε πολλές περιπτώσεις ότι η ιδιότητα του αζουλένιου είναι μεταβιβάσιμη, δηλαδή μπορεί απλώς να συνδεθεί με τη δομή οποιουδήποτε αρωματικού μορίου, χάρη στην οποία το μόριο αυτό αποκτά τις βασικές ιδιότητες του αζουλένιου.

Στην έρευνά τους, οι επιστήμονες του IOCB Prague χρησιμοποίησαν διάφορα μοναδικά προγράμματα που μπορούν να υπολογίσουν τον τρόπο με τον οποίο τα ηλεκτρόνια ενός μορίου συμπεριφέρονται στις προαναφερθείσες υψηλότερες διεγερμένες καταστάσεις. Λίγα πράγματα είναι γνωστά για τις καταστάσεις αυτές γενικά, οπότε η εργασία είναι επίσης πρωτοποριακή επειδή ανοίγει την πόρτα για την περαιτέρω μελέτη τους.

[via]