[논문] 신비한 파란색 분자는 빛 에너지를 더 잘 활용하는 데 도움이 됩니다

IOCB 프라하의 연구원들은 파란색뿐만 아니라 다른 특이한 특성으로 과학계를 매료시키는 기본적인 방향족 분자 중 하나인 아줄렌의 거동 원인을 최초로 설명했습니다. 그들의 현재 사업은 앞으로 유기화학의 기초에 영향을 미칠 것이며 실제로는 포획된 빛 에너지의 잠재력을 최대한 활용하는 데 도움이 될 것입니다. 그들의 기사는 미국 화학 학회지 (잭).

Azulene은 수년 동안 화학자들의 호기심을 불러일으켰습니다. 뚜렷한 이유가 없음에도 불구하고 왜 파란색인지에 대한 질문은 거의 50년 전 세계적으로 중요한 과학자인 IOCB 프라하와 긴밀한 관계를 맺고 있던 Josef Michl 교수에 의해 답변되었습니다.

이제 Tomáš Slanina 박사는 현장의 동료들에게 또 다른 퍼즐에 대한 해결책을 제공하기 위해 그의 발자취를 따르고 있습니다. 그와 그의 동료들은 왜 작은 아줄렌 분자가 보편적인 카샤의 법칙을 위반하는지를 설득력 있게 설명했습니다.

이 규칙은 분자가 다양한 여기 상태로 전환될 때 어떻게 빛을 방출하는지 설명합니다. 상승하는 계단의 비유를 사용하면 첫 번째 단계(분자의 첫 번째 여기 상태)는 높고 각 후속 단계는 더 낮으므로 이전 단계에 더 가깝습니다. 계단 사이의 거리가 작을수록 분자가 계단에서 낮은 수준으로 더 빨리 떨어지는 경향이 있습니다. 그런 다음 첫 번째 단계에서 가장 오래 기다렸다가 기본 수준으로 돌아가서 빛을 방출할 수 있습니다. 그러나 아줄렌은 다르게 행동합니다.

아줄렌의 거동을 설명하기 위해 IOCB 프라하의 연구자들은 (반)방향족이라는 개념을 사용했습니다. 다시 말하면, 방향성 물질의 특징은 방향성 냄새가 아니라 안정적이거나 만족스러운 것입니다. 일부 화학자들은 친숙한 웃는 얼굴 이모티콘을 사용하여 비공식적으로 이를 언급하기도 합니다.

항방향족 물질은 불안정하며, 분자는 가능한 한 빨리 이 상태에서 벗어나려고 합니다. 더 높은 에너지 상태를 벗어나 아래쪽으로 떨어집니다. 첫 번째 단계에서 아줄렌은 불만족, 즉 방향족이므로 빛을 낼 시간도 없이 피코초 단위로 아래로 떨어진다.

그러나 두 번째 단계에서는 만족스러운 방향족 물질처럼 작용합니다. 그리고 그것은 중요합니다. 이 들뜬 상태는 나노초 전체 동안 존재할 수 있으며, 이는 빛을 방출할 수 있을 만큼 충분히 긴 시간입니다. 따라서 이 들뜬 상태의 에너지는 어디에서도 손실되지 않고 완전히 고에너지 광자로 변환됩니다.

연구를 통해 Slanina 팀은 분자에 의해 포착된 광자(예: 태양)의 에너지가 손실되지 않고 추가로 사용될 수 있도록 하는 방법을 모색하는 현재의 요구에 부응하고 있습니다(예: 분자 사이에 에너지를 전달하거나 태양 전지의 전하 분리를 위해).

목표는 관리하는 분자를 만드는 것입니다. 빛 에너지 최대한 효율적으로. 또한, 현재 논문에서 연구자들은 많은 경우에 아줄렌의 특성이 이전 가능하다는 것을 보여주었습니다. 이는 방향족 분자의 구조에 간단히 부착될 수 있으며, 덕분에 해당 분자는 아줄렌의 주요 특성을 갖게 됩니다.

Tomáš Slanina는 다음과 같이 덧붙입니다. “저는 쉽게 상상하고 기억하고 적용할 수 있는 매우 단순한 이론을 좋아합니다. 이것이 바로 우리가 성공한 일입니다. 우리는 분자가 특정 환경에서 왜 행동하는지에 대한 질문에 답했습니다. 방식으로, 우리는 매우 간단한 개념을 사용하여 이를 수행했습니다.”

IOCB 프라하의 과학자들은 연구에서 앞서 언급한 더 높은 여기 상태에서 분자 내 전자가 어떻게 행동하는지 계산할 수 있는 몇 가지 고유한 프로그램을 사용했습니다. 일반적으로 이러한 상태에 대해서는 알려진 바가 거의 없으므로 이 작업은 추가 연구의 문을 열어주기 때문에 획기적입니다. 게다가, 에 게재된 기사는 잭 계산적일 뿐만 아니라 실험적이기도 합니다.

Tomáš Slanina 그룹의 연구원들은 계산된 데이터의 정확성을 정확하게 확인하는 실험을 통해 그들의 발견을 뒷받침했습니다. 그들은 또한 (항)방향족 분야에서 세계에서 가장 존경받는 권위자 중 한 명과 협력했습니다. 분자, 스웨덴 웁살라 대학의 Henrik Ottosson 교수. 그리고 이번이 두 번째예요 잭 그들의 협력에 관심을 보였습니다. 첫 번째는 또 다른 주요 분자인 벤젠에 대한 연구였습니다.

그러나 아줄렌의 이야기는 훨씬 더 다층적입니다. 이는 광화학뿐만 아니라 의학에도 관련됩니다. 첫 번째 영역과 마찬가지로 두 번째 영역에도 IOCB 프라하의 인장이 찍혀 있습니다. IOCB 실험실에서 개발된 최초의 약물 중 하나는 아줄렌 유도체를 함유한 카모마일 오일 기반 연고였습니다.

수십 년 동안 치유 및 항염증 효과가 있는 제제가 들어 있는 Dermazulen이라는 라벨이 붙은 작은 상자는 전국의 구급 상자에서 그 자리를 차지했습니다.