För första gången, forskare har lyckats skapa en järnmolekyl som kan fungera både som fotokatalysator för att producera bränsle och i solceller för att producera el. Resultaten tyder på att järnmolekylen skulle kunna ersätta de dyrare och mer sällsynta metaller som används idag.

Vissa fotokatalysatorer och solceller är baserade på en teknik som involverar molekyler som innehåller metaller, kända som metallkomplex. Metallkomplexens uppgift i detta sammanhang är att absorbera solstrålar och utnyttja deras energi. Metallerna i dessa molekyler utgör ett stort problem, dock, eftersom de är sällsynta och dyra metaller, såsom ädelmetallerna rutenium, osmium och iridium.

"Våra resultat visar nu att genom att använda avancerad molekyldesign, det är möjligt att ersätta de sällsynta metallerna med järn, som är vanligt i jordskorpan och därför billigt, säger kemiprofessor Kenneth Wärnmark vid Lunds universitet i Sverige.

Tillsammans med kollegor, Kenneth Wärnmark har länge arbetat med att hitta alternativ till de dyra metaller. Forskarna fokuserade på järn som, med sin sex procentiga förekomst i jordskorpan, är betydligt lättare att källa. Forskarna har producerat sina egna järnbaserade molekyler vars potential för användning i solenergiapplikationer har bevisats i tidigare studier.

I denna nya studie, forskarna har gått ett steg längre och utvecklat en ny järnbaserad molekyl med förmågan att fånga upp och utnyttja solenergis energi under tillräckligt lång tid för att den ska reagera med en annan molekyl. Den nya järnmolekylen har också förmågan att lysa tillräckligt länge för att forskare ska kunna se järnbaserat ljus med blotta ögat vid rumstemperatur för första gången.

"Det goda resultatet beror på det faktum att vi har optimerat molekylstrukturen runt järnatomen, " förklarar kollega Petter Persson vid Lunds universitet.

Studien är nu publicerad i tidskriften Vetenskap . Enligt forskarna, järnmolekylen i fråga skulle kunna användas i nya typer av fotokatalysatorer för produktion av solbränsle, antingen som väte genom vattenklyvning eller som metanol från koldioxid. Vidare, de nya rönen öppnar upp andra potentiella användningsområden för järnmolekyler, t.ex. som material i ljusdioder (LED).

Det som förvånade Lundaforskarna är att de kom fram till bra resultat så snabbt. På drygt fem år de lyckades göra järn intressant för fotokemiska tillämpningar, med egenskaper som är i stort sett lika bra som de av de bästa ädelmetallerna.

"Vi trodde att det skulle ta minst tio år, säger Kenneth Wärnmark.