Ученые впервые разработали молекулу железа, способную выступать в роли фотокатализатора для производства топлива и электроэнергии. Эта разработка позволит заменить более дорогие и дефицитные металлы, которые применяются в настоящее время.
Некоторые современные фотокатализаторы и солнечные элементы основаны на технологиях, использующих молекулы, содержащие металлы, известные как комплексы металлов. Эти комплексы предназначены для поглощения солнечного света и преобразования его в энергию. Однако металлы, входящие в состав этих комплексов, такие как рутений, осмий и иридий, являются редкими и дорогостоящими.
Кеннет Вэрмарк, профессор Университета Лунда в Швеции, и его коллеги уже длительное время искали более экономичную альтернативу этим металлам. В результате исследований ученые выбрали железо, главным образом из-за его обильности в земной коре (шесть процентов), что значительно упрощает процесс добычи. Им удалось разработать молекулы на основе железа, опираясь на предыдущие исследования, в которых доказывался потенциал его использования в производстве солнечной энергии. Результаты исследования опубликованы в журнале Science.
«По словам Вэрмарка, их исследование показало, что благодаря оптимизированной структуре молекулы возможно использование железа вместо дефицитных металлов, поскольку железо является распространенным и более доступным элементом, встречающимся в земной коре.
Новая молекула, содержащая железо, демонстрирует способность к захвату 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.
Ученые сообщают, что разработанная ими молекула железа может найти применение в создании инновационных фотокатализаторов для получения солнечного топлива. В частности, это может быть водород, образующийся при расщеплении воды, или метанол, синтезируемый из двуокиси углерода. Помимо этого, эти результаты открывают другие потенциальные области применения молекул железа: например, в качестве материала для светодиодов.
Результаты оказались быстрее, чем ожидали ученые. За последние пять лет им удалось сделать железо перспективным для использования в фотохимии и продемонстрировать, что его характеристики превосходят свойства благородных металлов. По мнению самих исследователей, для достижения подобных результатов потребовалось бы не менее десяти лет работы.