n ENERGI/FOTOKEMI cyclan, ikke har nogen dobbeltbindinger og derfor udelukkende absorberer lys med meget korte bølgelængder. De to isomere konkurrerer derfor ikke om at absorbere lyset. Desværre absorberer norbornadien kun i UV-området, og en af de store udfordringer er at Ḁytte absorptionen til den synlige del af spektret. Dette forsøger vi at opnå ved at syntetisere derivater med elektrontiltrækkende og elektrondonerende substituenter ved dobbeltbindingerne. Det er dog en svær balancegang, fordi man samtidig ikke vil øge molekylvægten alt for meget, og man risikerer også, at den modsvarende quadricyclan har for kort lagringstid, det vil sige, at aktiveringsenergien for den energifrigivende proces er for lav. Et andet system er den metalorganiske forbindelse, tetrakarbonylfulvalendiruthenium. Komplekset er gult og absorberer altså synligt lys. Samtidig er fotoisomeren ([μ2-η5:η5-cyclopentadienyl] 2dirutheniumtetracarbonyl) farveløs og absorberer kun Illustration af kommende molekylebaseret energilagringssystem på Chalmers UV-fotoner. Ulempen med dette system er, at (Chalmers/BOID). kvanteudbyttet for den fotokemiske isomerisering er lavt, det vil sige, at bare en lille del af bølgelængde. Fotoner, som absorberes af cis-stilben, udnyttes de absorberede fotoner leder til dannelsen af fotoisomere. Vores ikke til energilagring, eller endnu værre, de kan få cis-stilbenet udfordring med dette system er således at øge kvanteudbyttet til at gå tilbage til trans-formen, og så er alt energien tabt. og dermed effektiviteten af energilagringsprocessen. To forskellige MOST-molekylesystemer Vores forskning fokuserer på to forskellige MOST-molekylesystemer: Norbornadien (bicyclo[2.2.1]heptadien) quadricyclan (quadricyclo[2.2.1.02,6.03,5]heptan) og en metalorganisk rutheniumforbindelse (tetrakarbonylfulvalendirutenium). Norbornadien blev fremstillet for første gang i 50’erne og har Ḁere gode egenskaber. Det er en væske, som let kan pumpes mellem en solfanger og et molekylelager, og lagringskapaciteten er derudover betydeligt højere end for stilben, ca. 90 kJ/mol ved fotokemisk isomerisering til quadricyclan. En vigtig detalje, når man sammenligner med stilben, er, at fotoisomeren, quadriFoton op-konvertering via triplet-triplet annihilering Præcis som i eksemplet med norbornadien, så lider mange lovende solenergiteknologier af samme problem, nemlig at absorptionen ikke matcher solspektret optimalt. Her på Chalmers arbejder vi sammen med Maria Abrahamssons og Bo Albinssons forskergrupper på en anden komplementerende metode for at forbedre matchet mellem absorption og det indkommende lys fra solen. Metoden kalder vi på dansk ”foton op-konvertering via triplet-triplet annihilering”, og den indebærer, at to fotoner med lav energi omdannes til en foton med højere energi. Det er vigtigt at pointere, at vi ikke skaber energi, men at vi kombinerer to lavenergi fotoner til at danne en høj-energi foton, ἀgur 3. Processen med at kombinere energien fra Ḁere fotoner sker i Ḁere trin, ἀgur 3: Først absorberer et molekyle A, det indkommende lys og exiteres. Det exiterede molekyle er i første omgang i en singlet tilstand, men undergår intersystem krydsning (fra engelsk intersystem crossing) og danner dermed en triplet tilstand. Fra triplettilstanden kan energien overføres til et molekyle B, som dermed exiteres til en triplet tilstand samtidig med, at A henfalder til grundtilstanden. I et system som eksponeres kontinuerligt med lys, vil der dannes Ḁere triplet exiterede B-molekyler. Hvis to triplet exiterede B-molekyler mødes, kan de udveksle energi således, at det ene molekyle bliver exiteret til en højere liggende singlet tilstand, mens det andet relaxerer til grundtilstanden. Til sidst kan det singlet exiterede molekyle relaxere og i processen udsende en foton, som har højere energi end de to fotoner, som anvendtes til at drive processen. På trods af den relativt komplicerede proces dansk kemi, 96, nr. 8, 2015 Figur 2. Tre forskellige molekyler som kan lagre solenergi. 24
Download PDF fil
Se arkivet med udgivelser af Dansk Kemi her
TechMedias mange andre fagblade kan læses her