Vätgas är ett lovande "grönt" bränsle. Det lättaste kemiska elementet, väte är ett effektivt energilager och kan potentiellt ersätta bensin i fordon. Dock, elementet finns inte i stora mängder i naturen, och måste tillverkas konstgjort.

Väte kan produceras genom att dela vatten (H2O) i väte (H2) och syre (O2). Det finns många sätt att göra detta, men bland de renaste - därmed mest attraktiva - är att använda solceller. Dessa enheter fångar upp solljusets energi för att driva vattensplittrande reaktion.

Solsken kommer i ett spektrum, där varje färg har olika våglängder. Solceller måste absorbera ljus med speciella våglängder, beroende på hur mycket energi cellen behöver för att driva reaktionen. Ju mer av spektrumet den fångar, desto mer väte producerar den. Tyvärr, de flesta celler absorberar bara kortare våglängder av ljus, motsvarande det högre energiområdet av synligt ljus under domänen för rött ljus. Detta innebär att medan färger som blått och grönt ljus kan användas, resten är bortkastat.

Nu, forskare vid Kyushu University i Japan och dess Institute for Carbon-Neutral Energy Research (I2CNER) har potentiellt löst detta problem. De uppfann en enhet som drivs av nära -infrarött (NIR) ljus - delen av spektrumet, osynlig för blotta ögat, med våglängder längre än synligt rött ljus. Således, de möjliggjorde ett bredare spektrum av ljus, inklusive UV, synlig, och NIR, som ska skördas. Deras design utnyttjar smart ruteniums kemi, en tungmetall relaterad till järn. Deras prestation rapporterades i Angewandte Chemie International Edition .

Särskilda metallorganiska hybridmaterial är bra på att fånga ljus, som hjälper deras elektroner att "hoppa" in i orbitaler i de organiska delarna av materialen som är fästa vid metallcentrum. I solceller, detta är det första steget i att producera väte, eftersom elektroner är drivkrafterna för kemin. Dock, hoppet mellan orbitaler är vanligtvis så stort att endast UV och det högre energiområdet av synligt ljus har tillräckligt med energi för att stimulera det. Röd, NIR, och ännu längre IR -ljus reflekteras helt enkelt tillbaka eller passerar genom enheterna, och deras energi förblir oanvänd.

Kyushu -designen är annorlunda. "Vi introducerade nya elektronorbitaler i ruteniumatomerna, ", förklarar motsvarande författare professor Ken Sakai. "Det är som att lägga till steg på en stege - nu har elektronerna i rutenium inte så långt att hoppa, så att de kan använda lägre energier av ljus som rött och NIR. Detta fördubblar nästan mängden solljusfotoner vi kan skörda."

Tricket är att använda en organisk förening - sexkantiga ringar av kol och kväve - för att länka tre metallatomer till en enda molekyl. Faktiskt, detta skapar inte bara dessa nya "stegsteg" - därav möjligheten att använda rött och NIR-ljus - utan gör också reaktionen mer effektiv på grund av rumslig expansion av den ljusuppsamlande delen av molekylen. Således, produktionen av väte påskyndas.

"Det har tagit decennier av ansträngningar över hela världen, men vi har äntligen lyckats driva vattenreducering för att utveckla H2 med NIR, " säger Sakai. "Vi hoppas att detta bara är början - ju mer vi förstår kemin, desto bättre kan vi designa enheter för att göra rent, vätebaserad energilagring en kommersiell verklighet. "