Mangan kunne gøre selvlysende materialer og omdannelsen af ​​sollys mere bæredygtig

Basel Universitets forskere har nået en vigtig milepæl i deres søgen efter at producere mere bæredygtige selvlysende materialer og katalysatorer til at omdanne sollys til andre former for energi. Baseret på det billige metal mangan, de har udviklet en ny klasse af forbindelser med lovende egenskaber, som hidtil primært er fundet i ædelmetalforbindelser.

Smartphoneskærme og katalysatorer til kunstig fotosyntese - til at producere brændstof fra sollys, for eksempel - indeholder ofte meget sjældne metaller. Iridium, for eksempel, som bruges i organiske lysemitterende dioder (OLED'er), er sjældnere end guld eller platin. Ruthenium, bruges i solceller, er også et af de sjældneste stabile elementer. Disse metaller er ikke kun meget dyre, i kraft af deres knaphed, men også giftig i mange forbindelser.

Nu, et hold ledet af professor Oliver Wenger og hans ph.d.-studerende Patrick Herr fra universitetet i Basel er for første gang lykkedes med at fremstille selvlysende mangankomplekser, hvor eksponering for lys får de samme reaktioner til at finde sted som i ruthenium- eller iridiumforbindelser. Resultaterne er blevet offentliggjort i tidsskriftet Naturkemi . Fordelen ved at bruge mangan er, at grundstoffet er 900, 000 gange mere rigeligt i jordskorpen end iridium, samt være væsentlig mindre giftig og mange gange billigere.

Hurtig fotokemi

På nuværende tidspunkt de nye mangankomplekser klarer sig dårligere end iridiumforbindelser med hensyn til deres lyseffektivitet. Imidlertid, de lysdrevne reaktioner, der er nødvendige for kunstig fotosyntese, såsom energi- og elektronoverførselsreaktioner, foregår med høj hastighed. Dette skyldes den særlige struktur af de nye komplekser, hvilket fører til en øjeblikkelig ladningsoverførsel fra manganet mod dets direkte bindingspartnere ved excitation med lys. Dette designprincip for komplekser bruges allerede i visse typer solceller, selvom det indtil nu mest har bestået af ædelmetalforbindelser, og nogle gange komplekser baseret på det mindre ædle metal kobber.

Forebyggelse af uønskede vibrationer

Absorptionen af ​​lysenergi forårsager normalt større forvrængning i komplekser lavet af billige metaller, end den gør i ædelmetalforbindelser. Som resultat, komplekserne begynder at vibrere og en stor del af den absorberede lysenergi går tabt. Forskerne var i stand til at undertrykke disse forvrængninger og vibrationer ved at inkorporere skræddersyede molekylære komponenter i komplekserne for at tvinge manganet ind i et stift miljø. Dette designprincip øger også stabiliteten af ​​de resulterende forbindelser og deres modstandsdygtighed over for nedbrydningsprocesser.

Indtil nu, ingen har haft held med at skabe molekylære komplekser med mangan, der kan gløde i opløsning ved stuetemperatur, og som har disse særlige reaktionsegenskaber, siger Wenger. "Patrick Herr og de involverede postdocs gjorde virkelig et gennembrud i denne henseende - et, der åbner op for nye muligheder ud over ædle metaller." I fremtidige forskningsprojekter, Wenger og hans gruppe ønsker at forbedre de luminescerende egenskaber af de nye mangankomplekser og forankre dem på passende halvledermaterialer til brug i solceller. Andre mulige forbedringer omfatter vandopløselige varianter af mangankomplekserne, der potentielt kan bruges i stedet for ruthenium- eller iridiumforbindelser i den fotodynamiske terapi, der bruges til at behandle cancer.