Energieopbrengst verhogen via optimalisatie van singletfissie met chiraliteit in de moleculaire structuur

AmsterdamSinglet-fissie (SF) is een proces dat de energie-efficiëntie van zonnecellen en andere optische apparaten kan verbeteren. Bij SF splitst één singlet-excitatie in twee triplet-excitaties, waardoor de energie van één foton kan worden verdubbeld. Dit proces vindt plaats in organische moleculen die chromoforen worden genoemd. Om een hoge SF-efficiëntie te bereiken, is het belangrijk om zorgvuldig te controleren hoe deze moleculen zijn georiënteerd en gerangschikt.

Recente onderzoek heeft vooruitgang geboekt in het begrijpen van hoe de unieke driedimensionale vorm van bepaalde moleculen, bekend als chiraliteit, de efficiëntie van singlet fission (SF) kan verbeteren. Chiraliteit betekent dat moleculen hun spiegelbeeld niet exact kunnen evenaren, en deze eigenschap is essentieel voor hun onderlinge opstelling. Wetenschappers van de Kyushu Universiteit hebben significante vooruitgangen in SF aangetoond door gebruik te maken van deze chiral moleculen. Deze ontdekking kan leiden tot vele toepassingen in diverse gebieden.

Dit zijn de belangrijkste bevindingen van het onderzoek:

• De invoering van chiraliteit bij chromoforen verhoogde de efficiëntie van singlet-fissie aanzienlijk.
• Zelf-geassembleerde moleculaire structuren vertoonden chiraliteit in hun oriëntaties.
• Tegenionen, met name ammoniumverbindingen, waren essentieel voor de juiste uitlijning van chromoforen.
• Chiral amines bereikten een triplett-kwantumopbrengst van 133%, met een snelheidsconstante van 6,99 × 10⁹ s^-1.

Dit onderzoek kan de technologie van zonne-energie flink verbeteren. Door de oriëntatie van moleculen te veranderen, biedt het een alternatieve manier om energie te benutten, anders dan de traditionele lichtabsorptie. Het gebruik van chirale chromoforen in zonnecellen kan hun efficiëntie aanzienlijk verhogen, wat de kosten kan verlagen en de energieproductie kan vergroten.

Lees ook:

Vandaag · 03:09

Doorbraak in de strijd tegen glioblastoom: innovatieve multinationale aanpak met CAR T-celtherapie

Het onderzoek heeft voordelen die verder reiken dan alleen zonnecellen. Het biedt nieuwe methoden om processen te verbeteren die zonne-energie voor chemische reacties gebruiken. Bovendien kan het invloed hebben op de gebieden van kwantummaterialen en levenswetenschappen. Door de beweging van excitonen te beheersen en energieproductie te verhogen, kunnen deze ontdekkingen waardevol zijn voor tal van technologieën die afhankelijk zijn van de verplaatsing van elektronen.

Het onderzoek benadrukt de belangrijke rol van tegenionen, die helpen bij het behouden van de structuur en het verbeteren van de uitlijning van moleculen. Dit aspect wordt vaak over het hoofd gezien, maar kan belangrijke praktische toepassingen hebben. Door het potentieel van chirale moleculaire samenstellingen in andere organische omgevingen en dunne films te onderzoeken, opent het onderzoek nieuwe mogelijkheden voor toekomstige ontwikkelingen.

Deze vooruitgang brengt synthetische brandstoffen dichter bij praktisch gebruik en creëert mogelijkheden voor toekomstige studies om energieproductie in diverse domeinen te verbeteren via geavanceerde moleculaire technologieën.