Forskare vid Lunds universitet kan ha löst ett problem som bromsat utvecklingen av hållbara solbränslen. Genom att visa hur solenergi kan utnyttjas mer effektivt i järnbaserade system förbättras möjligheterna att ta fram billigare och mer miljövänliga alternativ till fossila bränslen.
– Vi kan nu se mekanismer som tidigare varit dolda, som gör det möjligt för järnbaserade molekyler att föra över laddning mer effektivt till mottagarmolekylerna. Detta kan i praktiken lösa ett av de största hindren för solbränslen med vanliga metaller, säger Petter Persson, kemiforskare vid Lunds universitet, i ett pressmeddelande.
Sol till hållbart bränsle
Det pågår en intensiv jakt efter nya sätt att framställa miljövänliga bränslen för att ersätta fossila bränslen. En lovande väg är att utveckla katalysatorer som använder solenergi för att framställa bränslen som grön vätgas.
På senare år har forskare tagit fram soldrivna katalysatorer baserade på vanliga grundämnen som järn. Men trots framsteg är tekniken ännu inte tillräckligt effektiv.
För att framställa solbränslen som grön vätgas måste de ljusabsorberande molekylerna kunna överföra elektrisk laddning till en mottagarmolekyl. Om överföringen fungerar dåligt går mycket energi förlorad. Den här utmaningen gör att det är svårt att få system med järn, som är billigt och hållbart, att fungera lika bra som de som bygger på dyra och sällsynta metaller.
Molekyler i samarbete
Nu har forskare i Lund kunnat analysera processen på molekylär nivå. Studien visar att mycket energi går förlorad när mottagarmolekyler ofta fastnar på katalysatorn innan laddningen hinner föras vidare. Men de upptäckte också att omgivande molekyler ibland kan hjälpa till att slutföra överföringen. Detta kan minska energiförlusterna rejält och öka effektiviteten i solenergisystem som bygger på järn.
– Det var förvånande att omgivningen spelar en så avgörande roll. Våra simuleringar visar flera oväntade sätt som interaktionen med kringliggande molekyler faktiskt underlättar bildandet av energirika produkter, säger Petter Persson.
Viktigt steg men mycket återstår
Enligt forskarna är upptäckten av den oväntade mekanismen ett viktigt steg mot fungerande solbränsleproduktion med vanliga metaller. Studien visar hur det avgörande första steget med laddningsseparation kan optimeras, men fler steg återstår innan processen kan leda till färdiga solbränslen.
– Studien ger nya insikter i hur solenergi kan omvandlas mer effektivt med hjälp av vanliga metaller som järn. På sikt kan detta bidra till utvecklingen av billigare och mer hållbara solbränslen – en viktig pusselbit i den globala energiomställningen, säger Petter Persson.
Vetenskaplig artikel:
Understanding Anomalous Cage-Escape Dynamics in Photoredox Processes Driven by a Fe(III) N-Heterocyclic Carbene Complex, Journal of the American Chemical Society.
