Ukryte mechanizmy molekularne
Główną przeszkodą był nieefektywny transfer energii. Cząsteczki akceptorowe zbyt wcześnie łączyły się z katalizatorami, zanim energia zdążyła się przenieść. Dzięki zaawansowanym symulacjom chemii kwantowej udało się zidentyfikować wcześniej niewidoczne procesy molekularne odpowiedzialne za te straty.
Możemy teraz zobaczyć wcześniej ukryte mechanizmy, które pozwoliłyby cząsteczkom na bazie żelaza efektywniej przenosić ładunek do cząsteczek akceptorowych. To mogłoby skutecznie usunąć jedną z największych przeszkód w produkcji paliw słonecznych z wykorzystaniem pospolitych metali – wyjaśnia Petter Persson, Uniwersytet w Lund
Czytaj też: Diesel odchodzi do lamusa? Nowy system paliwowy bije rekordy mocy
Kluczowe okazało się zrozumienie roli sąsiadujących cząsteczek. Badacze odkryli, że otoczenie molekularne aktywnie wspiera transfer ładunku, znacząco redukując straty energii. Szczególnie korzystne są warunki o niskiej polarności, takie jak dichlorometan. Interakcje z przeciwjonami i tworzenie dimerów rodnik-kationów odgrywają fundamentalną rolę w stabilizacji produktów fotoredoksowych. To subtelne zależności, które mogą radykalnie wpłynąć na efektywność całego systemu.
Zaskakujące było, że otoczenie odgrywa tak kluczową rolę. Nasze symulacje pokazują kilka nieoczekiwanych sposobów, w jakie interakcja z sąsiadującymi cząsteczkami może ułatwić tworzenie produktów bogatych w energię – dodaje Persson
Mechanizm zmieniający perspektywy
Jednym z najciekawszych odkryć był proces zachodzący między sąsiadującymi donorami elektronów. Ten ultraszybki mechanizm, działający w skali pikosekundowej, może skutecznie konkurować z rekombinacją ładunku, czyli główną przyczyną niskiej wydajności. Różnice w zależności od rozpuszczalnika są dramatyczne. W dichlorometanie osiągnięto około 60% wydajności, podczas gdy w acetonitrylu zaledwie 2%. Agregacja molekuł donora również okazała się korzystna, zwiększając moc redukcyjną całego systemu.
Czytaj też: Circularity Fuels zmienia niemożliwe w możliwe. Ich wynalazek przetwarza biogaz w paliwo dla samolotów
Odkrycie mechanizmów molekularnych to oczywiście dopiero pierwszy krok w kierunku komercjalizacji. Niemniej jednak zrozumienie tych procesów pozwoli projektować lepsze katalizatory i optymalizować warunki reakcji. W dłuższej perspektywie może to oznaczać tańsze alternatywy dla drogich metali szlachetnych używanych obecnie w technologiach wodorowych. To ważny krok w kierunku zrównoważonej energetyki. Ostateczny sukces będzie zależał od dalszych badań i skalowania technologii. Na razie możemy mówić o interesującym przełomie naukowym, który – przy odrobinie szczęścia – za kilka lat może zaowocować praktycznymi rozwiązaniami.