En ny kemisk förening skapad av forskare vid West Virginia University lyser upp vägen för förnybar energi.

Föreningen är en fotosensibilisator, vilket innebär att det främjar kemiska reaktioner i närvaro av ljus. Det har många potentiella tillämpningar för att förbättra effektiviteten hos modern teknik, allt från elproducerande solpaneler till mobiltelefoner.

Studien, publicerad 16 mars in Naturkemi , genomfördes av forskare i biträdande professor i kemi Carsten Milsmanns labb med stöd från hans National Science Foundation CAREER Award.

Dessa teknologier förlitar sig för närvarande på ädla metaller, som iridium och rutenium, att fungera. Dock, endast begränsade förråd av dessa material finns kvar i världen, gör dem icke förnybara, svåråtkomlig och dyr.

"Vi märkte att det har gjorts få ansträngningar för att studera de mer förekommande metallerna titan och zirkonium eftersom de ofta inte är lika lätta att arbeta med. Ädelmetaller har alltid varit vanliga grundämnen på grund av deras gynnsamma kemiska egenskaper som gör dem lättare att arbeta med. använda och studera, och det är främst så det har gjorts på fältet, " sa Milsmann. "Vi hoppas kunna ändra på det."

Milsmanns blandning är gjord av zirkonium, som är mycket rikligare och lättare att komma åt, gör det till ett mer hållbart och kostnadseffektivt alternativ. Föreningen är också stabil under en mängd olika förhållanden, som luft, vatten och temperaturförändringar, gör det lätt att arbeta med i en mängd olika miljöer.

Eftersom föreningen kan omvandla ljus till elektrisk energi, det skulle kunna användas för att skapa mer effektiva solpaneler.

Solpaneler tillverkas vanligtvis av kisel och kräver en lägsta tröskel för ljus för att samla in och lagra energi. Istället för att använda kisel, forskare har länge undersökt alternativet med färgsensibiliserade enheter, där färgade molekyler samlar ljus och fungerar i svagt ljus. Som en extra fördel, detta möjliggör också tillverkning av halvtransparenta komponenter. Hittills, de nödvändiga färgämnena är starkt beroende av det dyrbara materialet rutenium, men Milsmanns nya förening kan potentiellt ersätta den i framtiden.

"Problemet med de flesta solpaneler är att de inte fungerar bra på molniga dagar. De är ganska effektiva, billig och har lång livslängd, men de behöver intensiva ljusförhållanden för att fungera effektivt, ", sade Milsmann. "En väg runt det är att göra färgsensibiliserade versioner där en färgad förening absorberar ljus för att producera elektricitet i alla väderförhållanden. I framtiden, vi skulle kunna designa byggnader som producerar energi, i huvudsak göra fasaden på din byggnad, inklusive alla dess fönster, till ett kraftverk."

På baksidan, föreningen kan också användas i organiska lysdioder, som omvandlar elektrisk energi till ljus, i huvudsak omvända funktionen hos en solpanel. Denna egenskap gör enheten till en potentiell ljuskälla för att producera mer effektiva mobiltelefonskärmar.

"Många mobiltelefonskärmar innehåller iridium, en annan ädelmetallförening som gör precis vad vår förening gör, ", sa Milsmann. "Fördelen med att ha en lysdiod är att det mesta av dess energi omvandlas till ljus. Förr, ljuskällor var ineffektiva eftersom de bara förvandlade en liten bråkdel av den energi de fick till ljus."

Forskargruppens nästa steg är att göra föreningen vattenlöslig så att den potentiellt kan användas i biomedicinska tillämpningar, såsom fotodynamisk terapi för cancerpatienter.

"Föreningen kan producera reaktiva syrearter som inducerar celldöd. Det låter riktigt farligt, men eftersom reaktionen bara sker under exponering för strålning med ljus, dess placering och varaktighet kan kontrolleras noggrant, " sa Milsmann. "Om du kan fokusera ditt ljus på en specifik punkt, du kan generera reaktiva syrearter som bara agerar som svar på ljuset, gör det säkert. Detta har potential att ta bort tumörer mindre invasivt än genom operationer och kemoterapi."