Voor de eerste keer, onderzoekers zijn erin geslaagd een ijzermolecuul te maken dat zowel als fotokatalysator kan fungeren om brandstof te produceren als in zonnecellen om elektriciteit te produceren. De resultaten geven aan dat het ijzermolecuul de duurdere en zeldzamere metalen die tegenwoordig worden gebruikt, zou kunnen vervangen.

Sommige fotokatalysatoren en zonnecellen zijn gebaseerd op een technologie waarbij moleculen worden gebruikt die metalen, bekend als metaalcomplexen. De taak van de metaalcomplexen is daarbij om zonnestralen te absorberen en hun energie te benutten. De metalen in deze moleculen vormen een groot probleem, echter, aangezien het zeldzame en dure metalen zijn, zoals de edele metalen ruthenium, osmium en iridium.

"Onze resultaten laten nu zien dat door het gebruik van geavanceerd molecuulontwerp, het is mogelijk om de zeldzame metalen te vervangen door ijzer, wat veel voorkomt in de aardkorst en daarom goedkoop is, ", zegt scheikundeprofessor Kenneth Wärnmark van de Universiteit van Lund in Zweden.

Samen met collega's, Kenneth Wärnmark heeft lang gezocht naar alternatieven voor de dure metalen. De onderzoekers concentreerden zich op ijzer dat, met een prevalentie van zes procent in de aardkorst, is aanzienlijk gemakkelijker te vinden. De onderzoekers hebben hun eigen op ijzer gebaseerde moleculen geproduceerd waarvan het potentieel voor gebruik in zonne-energietoepassingen in eerdere studies is bewezen.

In deze nieuwe studie de onderzoekers zijn nog een stap verder gegaan en hebben een nieuw molecuul op ijzerbasis ontwikkeld dat de energie van zonnelicht lang genoeg kan opvangen en gebruiken om met een ander molecuul te kunnen reageren. Het nieuwe ijzermolecuul heeft ook het vermogen om lang genoeg te gloeien om onderzoekers in staat te stellen voor het eerst op kamertemperatuur licht op ijzerbasis met het blote oog te zien.

"Het goede resultaat hangt af van het feit dat we de moleculaire structuur rond het ijzeratoom hebben geoptimaliseerd, " legt collega Petter Persson van Lund University uit.

De studie is nu gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschap . Volgens de onderzoekers is het ijzermolecuul in kwestie zou kunnen worden gebruikt in nieuwe soorten fotokatalysatoren voor de productie van zonnebrandstof, hetzij als waterstof door watersplitsing of als methanol uit kooldioxide. Verder, de nieuwe bevindingen openen andere potentiële toepassingsgebieden voor ijzermoleculen, bijv. als materialen in lichtdiodes (LED's).

Wat de Lund-onderzoekers verraste, is dat ze zo snel tot goede resultaten kwamen. In iets meer dan vijf jaar ze slaagden erin ijzer interessant te maken voor fotochemische toepassingen, met eigenschappen die grotendeels even goed zijn als die van de beste edele metalen.

"We dachten dat het minstens tien jaar zou duren, ", zegt Kenneth Wärnmark.