Открыто более рациональное преобразование солнечного света с использованием марганца

Экраны смартфонов и катализаторы искусственного фотосинтеза - например, для производства топлива из солнечного света - часто содержат очень редкие металлы

0 472

Исследователи Базельского университета достигли важной вехи в своем стремлении производить более устойчивые люминесцентные материалы и катализаторы для преобразования солнечного света в другие формы энергии. На основе дешевого металлического марганца они разработали новый класс соединений с многообещающими свойствами, которые до сих пор в основном обнаруживались в соединениях благородных металлов.

Экраны смартфонов и катализаторы искусственного фотосинтеза – например, для производства топлива из солнечного света – часто содержат очень редкие металлы. Иридий, например, который используется в органических светодиодах (OLED), встречается реже, чем золото или платина.

Рутений, используемый в солнечных элементах, также является одним из самых редких стабильных элементов. Эти не только очень дороги, но и токсичны во многих соединениях.

Теперь группе ученых, возглавляемой профессором Оливером Венгером из Базельского университета, впервые удалось получить люминесцентные соединения (комплексы) марганца, в которых воздействие света вызывает те же реакции, что и в соединениях рутения или иридия. Преимущество использования марганца заключается в том, что его содержание в земной коре в 900 000 раз больше, чем иридия, а также он значительно менее токсичен и во много раз дешевле.

Быстрая фотохимия

В настоящее новые комплексы марганца хуже, чем соединения иридия, с точки зрения их светоотдачи. Однако управляемые светом реакции, необходимые для искусственного фотосинтеза, такие как реакции передачи энергии и электронов, происходят с высокой скоростью. Это связано с особой структурой новых комплексов, которая приводит к немедленному переносу заряда от марганца к его прямым связывающим партнерам при возбуждении светом.

Этот принцип построения комплексов уже используется в некоторых типах солнечных элементов, хотя до сих пор в нем в основном использовались соединения благородных металлов, а иногда и комплексы на основе менее благородных металлов меди.

Предотвращение нежелательной вибрации

Поглощение световой энергии обычно вызывает большие искажения в соединениях из дешевых металлов, чем в соединениях благородных металлов. В результате соединения начинают вибрировать, и большая часть поглощенной световой энергии теряется.

Исследователи смогли подавить эти искажения и вибрации, включив в соединения специально разработанные молекулярные компоненты, чтобы заставить марганец войти в жесткую среду. Этот принцип конструкции также увеличивает стабильность получаемых соединений и их устойчивость к процессам разложения.

По словам ученых, до сих пор никому не удавалось создать молекулярные комплексы с марганцем, которые могут светиться в растворе при комнатной температуре и обладают этими особыми реакционными свойствами.

В будущих исследовательских проектах ученые хотят улучшить люминесцентные свойства новых соединений марганца и закрепить их на подходящих полупроводниковых материалах для использования в солнечных элементах.

Другие возможные усовершенствования включают водорастворимые варианты комплексов марганца, которые потенциально могут использоваться вместо соединений рутения или иридия в фотодинамической терапии, используемой для лечения рака.

Результаты были опубликованы в журнале Nature Chemistry.
Войти с помощью: 
Подписаться
Уведомление о
guest
0 Комментарий
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
0
Будем рады вашим мыслям, пожалуйста, прокомментируйте.x
()
x