Belysning af fremtiden for vedvarende energi

En ny kemisk forbindelse skabt af forskere ved West Virginia University lyser vejen for vedvarende energi.

Forbindelsen er en fotosensibilisator, hvilket betyder, at det fremmer kemiske reaktioner i nærvær af lys. Det har mange potentielle anvendelser til at forbedre effektiviteten af ​​moderne teknologier lige fra el-producerende solpaneler til mobiltelefoner.

Studiet, udgivet 16. marts i Naturkemi , blev udført af forskere i adjunkt i kemi Carsten Milsmanns laboratorium med støtte fra hans National Science Foundation CAREER Award.

Disse teknologier er i øjeblikket afhængige af ædle metaller, som iridium og ruthenium, at fungere. Imidlertid, kun begrænsede forsyninger af disse materialer er tilbage i verden, gør dem ikke-fornyelige, svært tilgængelige og dyre.

"Vi har bemærket, at der har været få bestræbelser på at studere de mere rigelige metaller titanium og zirconium, fordi de ofte ikke er så lette at arbejde med. Ædelmetaller har altid været de vigtigste grundstoffer på grund af deres gunstige kemiske egenskaber, der gør dem nemmere at bruge og studere, og det er overvejende sådan det er blevet gjort i marken, " sagde Milsmann. "Vi håber at ændre det."

Milsmanns sammensætning er lavet af zirkonium, som er meget mere rigeligt og lettere at få adgang til, gør det til en mere bæredygtig og omkostningseffektiv løsning. Stoffet er også stabilt under en række forhold, såsom luft, vand og ændringer i temperatur, gør det nemt at arbejde med i en række forskellige miljøer.

Da forbindelsen kan omdanne lys til elektrisk energi, det kunne bruges til at skabe mere effektive solpaneler.

Solpaneler er typisk lavet ved hjælp af silicium og kræver en minimumstærskel af lys for at opsamle og lagre energi. I stedet for at bruge silicium, forskere har længe undersøgt alternativet med farvefølsomme enheder, hvor farvede molekyler samler lys og fungerer under svage lysforhold. Som en ekstra fordel, dette tillader også fremstilling af semitransparente komponenter. Til dato, de nødvendige farvestoffer er stærkt afhængige af det ædle materiale ruthenium, men Milsmanns nye forbindelse kan potentielt erstatte det i fremtiden.

"Problemet med de fleste solpaneler er, at de ikke fungerer godt på overskyede dage. De er ret effektive, billig og har en lang levetid, men de har brug for intense lysforhold for at fungere effektivt, " sagde Milsmann. "En vej rundt er at lave farvefølsomme versioner, hvor en farvet forbindelse absorberer lys for at producere elektricitet i alle vejrforhold. I fremtiden, vi kunne designe bygninger, der producerer energi, i det væsentlige at lave facaden på din bygning, inklusive alle dets vinduer, ind i et kraftværk."

På bagsiden, forbindelsen kunne også bruges i organiske lysdioder, som omdanner elektrisk energi til lys, i det væsentlige omvendt funktionen af ​​et solpanel. Denne egenskab gør forbindelsen til en potentiel lyskilde til at producere mere effektive mobiltelefonskærme.

"Mange mobiltelefonskærme indeholder iridium, en anden ædelmetalforbindelse, der gør præcis, hvad vores forbindelse gør, " sagde Milsmann. "Fordelen ved at have en lysemitterende diode er, at det meste af dens energi omdannes til lys. I fortiden, lyskilder var ineffektive, fordi de kun forvandlede en lille brøkdel af den energi, de modtog, til lys."

Forskerholdets næste skridt er at gøre forbindelsen vandopløselig, så den potentielt kan bruges i biomedicinske applikationer, såsom fotodynamisk terapi til cancerpatienter.

"Forbindelsen kan producere reaktive iltarter, der inducerer celledød. Det lyder virkelig farligt, men fordi reaktionen kun opstår under eksponering for stråling med lys, dets placering og varighed kan kontrolleres nøje, " sagde Milsmann. "Hvis du kan fokusere dit lys på et bestemt punkt, du kan generere reaktive oxygenarter til kun at handle som reaktion på lyset, gør det sikkert. Dette har potentialet til at fjerne tumorer mindre invasivt end gennem operationer og kemoterapi."