Ученые из Массачусетского технологического института (MIT) предлагают использовать азобензол в тандеме с углеродными нанотрубками для преобразования и хранения солнечной энергии. Необходимо отметить, что азобензол уже рассматривался в качестве "платформы" для сохранения солнечной энергии, однако не оправдал ожиданий. На углеродной нанотрубке молекулы азобензола находятся в упорядоченном "кристаллоподобном состоянии" (рис.1), в чем есть свои преимущества, в отличие от беспорядочно расположенных молекул азобензола в растворе (Прим.перев.: о получении комплекса азобензол/УНТ можно прочитать в статье "Photoinduced anisotropic response of azobenzene chromophore functionalized multiwalled carbon nanotubes", опубликованной в JAP).
При поглощении кванта света молекула азобензола переходит в метастабильное состояние с бОльшей энергией. Переход в метастабильное состояние сопровождается фотоиндуцированной изомеризацией молекулы азобензола (переходом из транс- в цис-форму (рис.2)). Находясь в метастабильном состоянии, молекула "хранит" долю энергии, равную разности энергий молекулы в основном (до поглощения кванта света) и возбужденном (метастабильном) состоянии. Для высвобождения этой энергии (перехода в основное состояние) молекула должна преодолеть потенциальный барьер. Чем меньше высота потенциального барьера и чем больше разность энергий, тем выше КПД такого устройства.
В своей работе ученые выполнили теоретические исследования, оценивая возможность использования азобензола/УНТ в качестве "аккумуляторов" солнечной энергии. Несмотря на то, что КПД такого устройства пока очень низок и составляет немногим более 7% (с учетом эффективности поглощения солнечного излучения в соответствующем диапазоне длин волн), комплекс азобензола с углеродными нанотрубками обладает рядом преимуществ:
- Как видно из теоретических графиков величина запасаемой энергии в случае "плотной" упаковки молекул азобензола на УНТ больше на 0,2 эВ (показано стрелкой на рис.4);
- В системе азобензол/УНТ число фотоактивных молекул азобензола в единице объема существенно выше, чем в растворе, поэтому объемная плотность энергии в азобензол/УНТ в 5-7 раз выше, чем в растворе азобензола и сравнима с объемной плотностью энергии литий-ионных батарей (рис.5);
- Можно контролировать плотность упаковки азобензола, диаметр УНТ, ориентацию адсорбированных молекул и любых функциональных групп относительно УНТ.
По материалам Nano Letters
