Overgangsmetalkomplekser:Blandet virker bedre

Et hold hos BESSY II har undersøgt, hvordan forskellige jernkomplekse forbindelser behandler energi fra indfaldende lys. De var i stand til at vise, hvorfor visse forbindelser har potentialet til at omdanne lys til elektrisk energi. Resultaterne er vigtige for udviklingen af ​​organiske solceller. Studiet er nu blevet offentliggjort i tidsskriftet Fysisk kemi Kemisk fysik .

Overgangsmetalkomplekser har vigtige egenskaber:Et element fra gruppen af ​​overgangsmetaller sidder i midten. De ydre elektroner i overgangsmetalatomet er placeret i kløverbladlignende forlængede d-orbitaler, der let kan påvirkes af ekstern excitation. Nogle overgangsmetalkomplekser fungerer som katalysatorer for at accelerere visse kemiske reaktioner, og andre kan endda omdanne sollys til elektricitet. Den velkendte farvesolcelle udviklet af Michael Graetzel (EPFL) i 1990'erne er baseret på et rutheniumkompleks.

Imidlertid, det har endnu ikke været muligt at erstatte det sjældne og dyre overgangsmetal ruthenium med et billigere grundstof, såsom jern. Dette er bemærkelsesværdigt, fordi det samme antal elektroner findes på udvidede ydre d-orbitaler af jern. Imidlertid, excitation med lys fra det synlige område frigiver ikke langlivede ladningsbærere i de fleste af de hidtil undersøgte jernkompleksforbindelser.

Et team hos BESSY II har nu undersøgt dette spørgsmål mere detaljeret. Gruppen ledet af prof. Alexander Föhlisch har systematisk bestrålet jern-komplekse forbindelser i opløsning ved hjælp af blødt røntgenlys. De var i stand til at måle, hvor meget energi af dette lys blev absorberet af molekylerne ved hjælp af en metode kaldet resonant uelastisk røntgenspredning, eller RIXS. De undersøgte komplekser, hvor jernatomet var omgivet af enten bipyridinmolekyler eller cyangrupper (CN), samt blandede former, hvor jerncentret er bundet til en bipyridin og fire cyangrupper hver.

Teammedlemmerne arbejdede i skift i to uger for at få de nødvendige data. Målingerne viste, at de blandede former, som næppe var blevet undersøgt indtil videre, er særligt interessante:I det tilfælde, hvor jern er omgivet af tre bipyridinmolekyler eller seks cyangrupper (CN), optisk excitation fører kun til kortvarig frigivelse af ladningsbærere, eller slet ingen. Situationen ændrer sig kun, når to af cyanogrupperne er erstattet af et bipyridinmolekyle. "Så kan vi med den bløde røntgen-excitation se, hvordan jern-3d-orbitaler delokaliseres til cyangrupperne, mens bipyridinmolekylet samtidig kan optage ladningsbæreren, " forklarer Raphael Jay, første forfatter til undersøgelsen, og hvis doktorgradsarbejde er inden for dette område.

Resultaterne viser, at billige overgangsmetalkomplekser også kunne være egnede til brug i solceller-hvis de er omgivet af passende molekylgrupper. Så der er stadig et rigt felt her for materiel udvikling.