En grupp forskare vid Lunds universitet i Sverige har gjort den första järnbaserade molekylen som kan sända ut ljus. Detta skulle kunna bidra till utvecklingen av prisvärda och miljövänliga material för t.ex. solceller, ljuskällor och displayer.

I över 50 år, kemister har utvecklat metallbaserade färgämnesmolekyler för en lång rad olika tillämpningar, som displayer och solceller. Detta skulle helst involvera vanliga och miljövänliga metaller som järn, men trots ett antal försök har ingen lyckats utveckla en järnbaserad färgämnesmolekyl som kan avge ljus förrän nu. Forskare runt om i världen har därför istället i större utsträckning fått ta till olika sällsynta och ädla metaller, såsom rutenium, som lättare har gett önskade egenskaper.

Genom avancerad molekylär design, Lundaforskarna har nu framgångsrikt manipulerat de elektroniska egenskaperna hos järnbaserade molekyler så att de mycket bättre liknar de ruteniumbaserade ämnena.

Genom att göra så, de har, för första gången, skapat en järnbaserad färgämnesmolekyl som inte bara kan fånga ljus, men sänder också sedan ut ljus av en annan färg. Det senare är betydligt svårare att uppnå, vilket bidrar till varför forskarnas prestation med att visa att den nya järnmolekylen avger orange ljus är så viktig.

"Medeltida alkemister försökte producera guld från andra ämnen, men misslyckades. Man kan säga att vi har lyckats utföra modern alkemi genom att ge järnet egenskaper som liknar ruteniums", säger Kenneth Wärnmark, Professor i kemi vid Naturvetenskapliga fakulteten vid Lunds universitet.

Den nya studien, som nu publiceras i Natur , beskriver ett järnkomplex med en rekordstor livslängd i dess ljusabsorberande och självlysande tillstånd:100 pikosekunder, vilket är mindre än en miljarddels sekund. Men trots det till synes ofattbart korta tidsintervallet, det är ganska tillräckligt.

"I kemins värld, detta är tillräckligt med tid för molekylerna att avge ljus", säger Villy Sundström, Professor i kemi vid Lunds universitet.

Dessa resultat ger ett viktigt steg mot möjliga framtida tillämpningar som ett självlysande material, till exempel för belysning och displayer, samt ljusabsorbenter i solceller och fotokatalysatorer för framställning av solbränsle. För att nå detta mål, en fortsatt utveckling av nya, och ännu bättre molekyler är nödvändiga.

"Vi förväntar oss att nästa steg att utveckla de faktiska molekylerna som är lämpliga för kommersiella tillämpningar kan ta ytterligare fem år", säger Petter Persson, kemiforskare vid Lunds universitet.

Förutom forskarna från Lund, studien har inkluderat forskare från Ångströmlaboratoriet i Uppsala och från Köpenhamn.