Chercheurs de l'Université de Linköping, Suède, ont développé une molécule qui absorbe l'énergie de la lumière du soleil et la stocke dans des liaisons chimiques. Une utilisation possible à long terme de la molécule est de capter efficacement l'énergie solaire et de la stocker pour une consommation ultérieure. Les résultats actuels ont été publiés dans le Journal de l'American Chemical Society (JACS) .

La Terre reçoit beaucoup plus d'énergie du soleil que nous, les humains, ne pouvons en utiliser. Cette énergie est absorbée par les installations d'énergie solaire, mais l'un des enjeux de l'énergie solaire est de la stocker efficacement, de telle sorte que l'énergie soit disponible lorsque le soleil ne brille pas. Cela a conduit des scientifiques de l'Université de Linköping à étudier la possibilité de capturer et de stocker l'énergie solaire dans une nouvelle molécule.

"Notre molécule peut prendre deux formes différentes :une forme parente capable d'absorber l'énergie du soleil, et une forme alternative dans laquelle la structure de la forme parente a été modifiée et est devenue beaucoup plus riche en énergie, tout en restant stable. Cela permet de stocker efficacement l'énergie du soleil dans la molécule, " dit Bo Durbeej, professeur de physique numérique au Département de physique, Chimie et Biologie à l'Université de Linköping, et responsable de l'étude.

La molécule appartient à un groupe connu sous le nom de « photocommutateurs moléculaires ». Ceux-ci sont toujours disponibles sous deux formes différentes, isomères, qui diffèrent par leurs structures chimiques. Les deux formes ont des propriétés différentes, et dans le cas de la molécule développée par les chercheurs de LiU, cette différence est dans le contenu énergétique. Les structures chimiques de tous les photocommutateurs sont influencées par l'énergie lumineuse. Cela signifie que la structure, et donc les propriétés, d'un photocommutateur peut être modifié en l'éclairant. Un domaine d'application possible pour les photocommutateurs est l'électronique moléculaire, dans laquelle les deux formes de la molécule ont des conductivités électriques différentes. Un autre domaine est la photopharmacologie, dans laquelle une forme de la molécule est pharmacologiquement active et peut se lier à une protéine cible spécifique dans le corps, tandis que l'autre forme est inactive.

Il est courant dans la recherche que les expériences soient effectuées en premier et que le travail théorique confirme ensuite les résultats expérimentaux, mais dans ce cas, la procédure a été inversée. Bo Durbeej et son groupe de travail en chimie théorique, et effectuer des calculs et des simulations de réactions chimiques. Cela implique des simulations informatiques avancées, qui sont effectuées sur des supercalculateurs au Centre national des supercalculateurs, NSC, à Linköping. Les calculs ont montré que la molécule que les chercheurs avaient développée subirait la réaction chimique requise, et que cela se déroulerait extrêmement vite, dans les 200 femtosecondes. Leurs collègues du Centre de recherche pour les sciences naturelles en Hongrie ont alors pu construire la molécule, et effectuer des expériences qui ont confirmé la prédiction théorique.

Afin de stocker de grandes quantités d'énergie solaire dans la molécule, les chercheurs ont tenté de faire la différence d'énergie entre les deux isomères aussi grande que possible. La forme mère de leur molécule est extrêmement stable, une propriété qui, dans la chimie organique, est notée en disant que la molécule est « aromatique ». La molécule de base est constituée de trois anneaux, dont chacun est aromatique. Quand il absorbe la lumière, cependant, l'aromaticité est perdue, de sorte que la molécule devient beaucoup plus riche en énergie. Les chercheurs de LiU montrent dans leur étude, publié dans le Journal de l'American Chemical Society , que le concept de commutation entre les états aromatiques et non aromatiques d'une molécule a un potentiel majeur dans le domaine des photocommutateurs moléculaires.

"La plupart des réactions chimiques commencent dans une condition où une molécule a une énergie élevée et passe ensuite à une autre avec une faible énergie. Ici, nous faisons le contraire :une molécule à faible énergie devient une molécule à haute énergie. On s'attendrait à ce que ce soit difficile, mais nous avons montré qu'il est possible qu'une telle réaction se produise à la fois rapidement et efficacement, " dit Bo Durbeej.

Les chercheurs vont maintenant examiner comment l'énergie stockée peut être libérée de la meilleure façon à partir de la forme riche en énergie de la molécule.