Comment les carbènes de fer stockent l’énergie du soleil – et pourquoi ils ne sont pas meilleurs dans ce domaine – ScienceDaily

Les photosensibilisateurs sont des molécules qui absorbent la lumière du soleil et transmettent cette énergie pour générer de l’électricité ou provoquer des réactions chimiques. Ils sont généralement basés sur des métaux rares et chers; de sorte que la découverte que les carbènes de fer, avec du fer ancien pur à leurs noyaux, peuvent également le faire, a déclenché une vague de recherches au cours des dernières années. Mais alors que des carbènes de fer toujours plus efficaces sont découverts, les scientifiques doivent comprendre exactement comment ces molécules fonctionnent au niveau atomique afin de les concevoir pour des performances optimales.

Maintenant, les chercheurs ont utilisé un laser à rayons X au SLAC National Accelerator Laboratory du ministère de l’Énergie pour observer ce qui se passe lorsque la lumière frappe un carbène de fer. Ils ont découvert qu’il peut répondre de deux manières concurrentes, dont une seule permet aux électrons de circuler dans les appareils ou les réactions où ils sont nécessaires. Dans ce cas, la molécule a emprunté le chemin de production d’énergie environ 60% du temps. L’équipe a publié ses résultats le 31 janvier dans Communications Nature.

Dans une cellule solaire, un carbène de fer se fixe au film semi-conducteur à la surface de la cellule avec son atome de fer collé. La lumière du soleil frappe l’atome de fer et libère des électrons, qui s’écoulent dans les attaches de carbène. S’ils restent sur ces pièces jointes assez longtemps – 10 billions de secondes ou plus – ils peuvent alors entrer dans la cellule solaire et augmenter son efficacité. En chimie, l’augmentation d’énergie fournie par les photosensibilisateurs aide à stimuler les réactions chimiques, mais nécessite des temps de séjour encore plus longs pour les électrons sur les attaches carbène.

Pour déterminer comment cela fonctionne, une équipe internationale dirigée par des chercheurs du Stanford PULSE Institute du SLAC a examiné des échantillons de carbène de fer avec des impulsions laser à rayons X provenant de la source de lumière cohérente Linac (LCLS) du laboratoire. Ils ont simultanément mesuré deux signaux distincts qui révèlent comment les noyaux atomiques de la molécule se déplacent et comment ses électrons voyagent dans et hors des liaisons fer-carbène.

Les résultats ont montré que les électrons étaient stockés dans les attachements de carbène assez longtemps pour effectuer un travail utile environ 60% du temps; le reste du temps, ils sont revenus trop tôt dans l’atome de fer, sans rien faire.

Kelly Gaffney de PULSE a déclaré que l’objectif à long terme de cette recherche est de faire en sorte que près de 100% des électrons restent sur les carbènes beaucoup plus longtemps, de sorte que l’énergie de la lumière peut être utilisée pour conduire des réactions chimiques. Pour ce faire, les scientifiques doivent trouver des principes de conception pour adapter les molécules de carbène de fer pour effectuer des travaux particuliers avec une efficacité maximale.

Source de l’histoire:

Matériaux fourni par Laboratoire national d’accélérateurs du DOE / SLAC. Original écrit par Glennda Chui. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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