Впервые исследователям удалось создать молекулу железа, которая может выступать как фотокатализатор для производства топлива и электроэнергии и способна заменить более дорогие и редкие металлы, используемые сегодня.
Часть используемых сейчас фотокатализаторов и солнечных элементов базируется на технологии, включающей в себя молекулы, которые содержат металлы, известные как комплексы металлов. Их задача — поглощение солнечных лучей и переработка их в энергию. Однако металлы в этих комплексах — рутений, осмий и иридий — редкие и дорогие.
Профессор Университета Лунда в Швеции Кеннет Вэрмарк (Kenneth Wärnmark) вместе с коллегами давно искал более доступную замену этим металлам. В итоге ученые остановились на железе: во многом по причине его распространенности в земной коре (шесть процентов), что существенно облегчает его добычу. Им удалось создать молекулы на основе железа, принимая во внимание ранние работы, в которых доказывался потенциал его использования в производстве солнечной энергии. Результаты исследования опубликованы в журнале Science.
«Наша работа продемонстрировала, что, используя усовершенствованный дизайн молекулы, можно заменить редкие металлы железом, которое распространено в земной коре и, следовательно, гораздо дешевле», — утверждает Вэрмарк.
Новая молекула на основе железа способна захватывать и использовать энергию солнечного света в течение длительного времени — достаточного для того, чтобы она вступала в реакцию с другой молекулой. К тому же она долго испускает свет, позволяя исследователям впервые увидеть свет на основе железа невооруженным глазом при комнатной температуре.
По словам ученых, созданная молекула железа может быть использована в новых типах фотокатализаторов для производства солнечного топлива — в виде водорода при разделении воды, а также в виде метанола двуокиси углерода. Кроме того, эти результаты открывают другие потенциальные области применения молекул железа: например, в качестве материала для светодиодов.
Ученых удивило то, как быстро они получили результаты. За последние пять лет им удалось сделать железо интересным для фотохимических применений и показать, что его свойства куда полезнее, чем свойства благородных металлов. Сами ученые предполагали, что на это уйдет не менее десяти лет трудов.