研究人员用锰对太阳光和发光材料进行更可持续的转化

2021-08-19 10:07  来源:cnBeta.COM  浏览:  

巴塞尔大学的研究人员在寻求生产更可持续的发光材料和将太阳光转化为其他形式的能源的催化剂方面达到了一个重要的里程碑。在廉价金属锰的基础上,他们开发了一类新的化合物,这些化合物具有很好的特性,直到现在还主要在贵金属化合物中发现。

智能手机屏幕和人工光合作用的催化剂通常包含非常稀有的金属。例如,用于有机发光二极管(OLED)的铱,比金或铂更稀有。用于太阳能电池的钌,也是最稀有的稳定元素之一。这些金属不仅因其稀缺性而非常昂贵,而且在许多化合物中也是有毒的。

现在,由巴塞尔大学的Oliver Wenger教授和他的博士生Patrick Herr领导的团队首次成功地生产出了会发光的锰复合物,在这些复合物中,暴露在光线下会发生与钌或铱化合物中相同的反应。这些发现已经发表在《自然化学》杂志上。使用锰的好处是,这种元素在地壳中的含量是铱的90万倍,而且毒性大大降低,价格也便宜很多。

目前,新的锰复合物在发光效率方面的表现比铱化合物差。然而,人工光合作用所需的光驱动反应,如能量和电子转移反应,是以高速进行的。这是由于新复合物的特殊结构,导致在光的激发下,电荷立即从锰向其直接结合的伙伴转移。这种复合物的设计原则已经被用于某些类型的太阳能电池,尽管到目前为止,它主要是以贵金属化合物为特色,有时是以不太贵的金属铜为基础的复合物。

与贵金属化合物相比,吸收光能通常在廉价金属制成的复合物中引起更大的变形。因此,这些复合物开始振动,吸收的很大一部分光能被损失。研究人员能够通过在复合物中加入量身定制的分子成分来抑制这些扭曲和振动,以迫使锰进入一个刚性的环境。这种设计原则也增加了所产生的化合物的稳定性和对分解过程的抵抗力。

到目前为止,还没有人成功地创造出能在室温下的溶液中发光并具有这些特殊反应特性的锰的分子复合物。"Herr和参与的博士后在这方面确实取得了突破--这为贵金属领域以外的领域带来了新的机会"。在未来的研究项目中,Wenger和他的小组希望改善新的锰络合物的发光特性,并将其固定在合适的半导体材料上用于太阳能电池。其他可能的改进包括锰复合物的水溶性变体,这些复合物有可能在用于治疗癌症的光动力疗法中取代钌或铱化合物。

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