Een nieuwe chemische verbinding gemaakt door onderzoekers van de West Virginia University maakt de weg vrij voor hernieuwbare energie.

De verbinding is een fotosensibilisator, wat betekent dat het chemische reacties bevordert in de aanwezigheid van licht. Het heeft veel potentiële toepassingen voor het verbeteren van de efficiëntie van moderne technologieën, variërend van elektriciteitsopwekkende zonnepanelen tot mobiele telefoons.

De studie, gepubliceerd 16 maart in Natuurchemie , werd uitgevoerd door onderzoekers in het laboratorium van Carsten Milsmann, universitair docent scheikunde, met steun van zijn National Science Foundation CAREER Award.

Deze technologieën zijn momenteel afhankelijk van edele metalen, zoals iridium en ruthenium, functioneren. Echter, er is nog maar een beperkte voorraad van deze materialen in de wereld, waardoor ze niet-hernieuwbaar zijn, moeilijk toegankelijk en duur.

"We hebben gemerkt dat er weinig moeite is gedaan om de meer voorkomende metalen titanium en zirkonium te bestuderen, omdat ze vaak niet zo gemakkelijk zijn om mee te werken. Edelmetalen zijn altijd de go-to-elementen geweest vanwege hun gunstige chemische eigenschappen waardoor ze gemakkelijker te verwerken zijn. gebruik en studie, en dat is voornamelijk hoe het in het veld is gedaan, "Zei Milsmann. "We hopen dat te veranderen."

Milsmann's compound is gemaakt van zirkonium, die veel overvloediger en gemakkelijker toegankelijk is, waardoor het een duurzamere en kosteneffectievere optie wordt. De verbinding is ook stabiel in verschillende omstandigheden, zoals lucht, water en veranderingen in temperatuur, waardoor het gemakkelijk is om in verschillende omgevingen mee te werken.

Omdat de verbinding licht kan omzetten in elektrische energie, het zou kunnen worden gebruikt bij het maken van efficiëntere zonnepanelen.

Zonnepanelen zijn meestal gemaakt van silicium en hebben een minimale lichtdrempel nodig om energie te verzamelen en op te slaan. In plaats van silicium te gebruiken, onderzoekers hebben lang het alternatief van kleurstofgevoelige apparaten onderzocht, waarin gekleurde moleculen licht verzamelen en functioneren bij weinig licht. Als bijkomend voordeel, dit maakt ook de productie van semitransparante componenten mogelijk. Daten, de benodigde kleurstoffen zijn sterk afhankelijk van het kostbare materiaal ruthenium, maar de nieuwe verbinding van Milsmann zou het in de toekomst mogelijk kunnen vervangen.

"Het probleem met de meeste zonnepanelen is dat ze niet goed werken op bewolkte dagen. Ze zijn behoorlijk efficiënt, goedkoop en hebben een lange levensduur, maar ze hebben intense lichtomstandigheden nodig om efficiënt te kunnen functioneren, Milsmann zei. "Een manier om dat te omzeilen is om kleurstofgevoelige versies te maken waarbij een gekleurde verbinding licht absorbeert om elektriciteit te produceren in alle weersomstandigheden. In de toekomst, we zouden gebouwen kunnen ontwerpen die energie produceren, maakt in wezen de gevel van uw gebouw, inclusief alle ramen, tot een elektriciteitscentrale."

Aan de andere kant, de verbinding kan ook worden gebruikt in organische lichtemitterende diodes, die elektrische energie omzetten in licht, in wezen de functie van een zonnepaneel omkeren. Deze eigenschap maakt de Compund een potentiële lichtbron voor het produceren van efficiëntere schermen voor mobiele telefoons.

"Veel displays van mobiele telefoons bevatten iridium, een andere edelmetaalverbinding die precies doet wat onze verbinding doet, "Zei Milsmann. "Het voordeel van het hebben van een lichtgevende diode is dat het grootste deel van zijn energie in licht wordt omgezet. Vroeger, lichtbronnen waren inefficiënt omdat ze slechts een klein deel van de energie die ze ontvingen in licht omzetten."

De volgende stap van het onderzoeksteam is om de verbinding wateroplosbaar te maken, zodat deze mogelijk kan worden gebruikt in biomedische toepassingen. zoals fotodynamische therapie voor kankerpatiënten.

"De verbinding kan reactieve zuurstofsoorten produceren die celdood veroorzaken. Het klinkt echt gevaarlijk, maar omdat de reactie alleen plaatsvindt tijdens blootstelling aan straling met licht, de locatie en de duur kunnen strak worden gecontroleerd, "Zei Milsmann. "Als je je licht op een specifiek punt kunt richten, je kunt reactieve zuurstofsoorten genereren om alleen te reageren op het licht, het veilig maken. Dit heeft het potentieel om tumoren minder invasief te verwijderen dan door operaties en chemotherapie."