En specialdesignad järnmolekyl kan fungera både som fotokatalysator för att producera bränsle och i solceller för att framställa el. Järnmolekyl kan ersätta de dyrare och mer sällsynta metaller som används idag.
Vissa fotokatalysatorer och solceller baseras på en teknik med molekyler som innehåller metaller, så kallade metallkomplex. Metallkomplexens uppgift i detta sammanhang är att absorbera solstrålarna och tillvarata deras energi. Det finns dock ett stort problem med dessa molekyler. Metallerna i dem är nämligen ovanliga och därmed dyrbara. Det handlar om ädla metaller såsom rutenium, osmium och iridium.
– Våra resultat visar nu att man med hjälp av avancerad molekyldesign kan ersätta de sällsynta och dyrbara metallerna med järn som är rikt förekommande i jordskorpan och därmed billigt, säger kemiprofessor Kenneth Wärnmark vid Lunds universitet.
Har optimerat järnmolekylen
Tillsammans med kollegor har Kenneth Wärnmark under lång tid jobbat med att hitta alternativ till de dyrare metallerna. Forskarna har riktat in sig på järn, som med sina sex procents förekomst i jordskorpan är betydligt mer lätt att tillgå. Forskarna har framställt egna järnbaserade molekyler och har i tidigare studier visat möjligheterna att använda dem i solenergitillämpningar.
Nu har man i den nya studien kommit ett steg vidare och utvecklat en ny järnbaserad molekyl med förmåga att fånga upp och tillvarata solljusets energi under tillräckligt lång tid för att den ska hinna reagera med en annan molekyl. Den nya järnmolekylen har också fått förmåga att lysa tillräckligt länge så att man för första gången kan se järnbaserat ljus med blotta ögat vid rumstemperatur.
– Det goda resultatet beror på att vi har optimerat molekylstrukturen kring järnatomen, säger kollegan Petter Persson vid Lunds universitet.
Kan användas för solbränsle och lysdioder
Studien publiceras nu i den vetenskapliga tidskriften Science. Den aktuella järnmolekylen kan enligt forskarna komma att användas i nya typer av fotokatalysatorer för framställning av solbränslen, antingen som vätgas genom vattenspjälkning eller som metanol från koldioxid. Dessutom öppnar de nya resultaten upp för andra användningsområden för järnmolekyler, exempelvis som material i lysdioder, alltså LED-lampor.
Det som har förvånat Lundaforskarna är att det gick så snabbt att få fram bra resultat. På drygt fem år har de lyckats göra järn intressant för fotokemiska tillämpningar, med i stort sett lika bra egenskaper som de bästa ädla metallerna.
– Vi trodde det skulle ta minst tio år, säger Kenneth Wärnmark.
Förutom forskare från Lunds universitet så ingår forskare från Uppsala universitet och Köpenhamns universitet i samarbetet.
Kontakt:
Kenneth Wärnmark, professor, Kemiska institutionen, Lunds universitet, kenneth.warnmark@chem.lu.se
Petter Persson, universitetslektor, Kemiska institutionen, Lunds universitet, petter.persson@teokem.lu.se
