2021-08-05
 
錳可以使發光材料和陽光的轉化更加可持續
2021年08月05日  

巴塞爾大學的研究人員在尋求生產更可持續的發光材料和催化劑以將陽光轉化為其他形式的能量方面取得了重要的里程碑。他們開發了一類基于廉價金屬錳的新型化合物,這些化合物具有迄今為止主要在貴金屬化合物中發現的有前途的特性。


用于人工光合作用的智能手機屏幕和催化劑——例如從陽光中生產燃料——通常含有非常稀有的金屬中國建材網cnprofit.com。例如,用于有機發光二極管 (OLED) 的銥比金或鉑稀有。用于太陽能電池的釕也是最稀有的穩定元素之一。這些金屬不僅由于稀缺而非常昂貴,而且在許多化合物中也有毒。


現在,由來自巴塞爾大學的 Oliver Wenger 教授和他的博士生 Patrick Herr 領導的團隊首次成功地生產出發光的錳配合物,其中暴露于光會引起與釕或銥化合物相同的反應。研究結果已發表在《自然化學》雜志上。使用錳的優勢在于,該元素在地殼中的含量是銥的 900,000 倍,而且毒性要低得多,而且價格要便宜很多倍。


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快速光化學


目前,新的錳配合物的發光效率比銥化合物差。然而,人工光合作用所需的光驅動反應(例如能量和電子轉移反應)是高速發生的。這是由于新配合物的特殊結構,導致在光激發下,電荷立即從錳轉移到其直接鍵合伙伴。這種配合物的設計原理已經在某些類型的太陽能電池中使用,盡管到目前為止它主要以貴金屬化合物為特色,有時也以不太貴的金屬銅為基礎的配合物。


防止不必要的振動


與貴金屬化合物相比,光能的吸收通常會導致由廉價金屬制成的配合物發生更大的變形。結果,復合物開始振動并且大部分吸收的光能丟失。研究人員能夠通過將特制的分子成分加入復合物中來抑制這些扭曲和振動,從而迫使錳進入剛性環境。這種設計原理還增加了所得化合物的穩定性及其對分解過程的抵抗力。


溫格說,到目前為止,還沒有人成功地用錳制造出在室溫下在溶液中發光并具有這些特殊反應特性的分子復合物?!癙atrick Herr 和參與的博士后在這方面確實取得了突破——開辟了貴金屬領域以外的新機遇?!?nbsp;


在未來的研究項目中,Wenger 和他的團隊希望提高新錳配合物的發光性能,并將它們固定在適合用于太陽能電池的半導體材料上。其他可能的改進包括錳配合物的水溶性變體,它們可能在用于治療癌癥的光動力療法中替代釕或銥化合物。


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