Los fotosensibilizadores son moléculas que absorben la luz solar y transmiten esa energía para generar electricidad o impulsar reacciones químicas. Generalmente se basan en metales raros y caros; por lo tanto, el descubrimiento de que los carbenos de hierro, con hierro viejo en sus núcleos, pueden hacer esto, también, desencadenó una ola de investigación en los últimos años. Pero aunque se están descubriendo cada vez más eficientes carbenos de hierro, los científicos necesitan comprender exactamente cómo funcionan estas moléculas a nivel atómico para diseñarlas para obtener el máximo rendimiento.
Ahora los investigadores han utilizado un láser de rayos X en el Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC del Departamento de Energía para observar lo que sucede cuando la luz golpea un carbeno de hierro. Descubrieron que puede responder de dos maneras en competencia, solo una de las cuales permite que los electrones fluyanen los dispositivos o reacciones donde se necesitan. En este caso, la molécula tomó el camino de producción de energía aproximadamente el 60% del tiempo. El equipo publicó sus resultados el 31 de enero en Comunicaciones de la naturaleza .
En una célula solar, un carbeno de hierro se adhiere a la película de semiconductores en la superficie de la célula con su átomo de hierro sobresaliendo. La luz del sol golpea el átomo de hierro y libera electrones, que fluyen hacia los accesorios de carbeno. Si permanecen en esos accesoriosel tiempo suficiente 10 billonésimas de segundo o más pueden pasar a la célula solar y aumentar su eficiencia. En química, el aumento de energía que proporcionan los fotosensibilizadores ayuda a impulsar las reacciones químicas, pero requiere tiempos de residencia aún más largos para los electrones encendidoslos accesorios de carbeno.
Para determinar cómo funciona esto, un equipo internacional dirigido por investigadores del Stanford PULSE Institute en SLAC examinó muestras de carbeno de hierro con pulsos láser de rayos X de la fuente de luz coherente Linac LCLS del laboratorio. Medieron simultáneamente dos señales separadasque revelan cómo se mueven los núcleos atómicos de la molécula y cómo sus electrones entran y salen de los enlaces hierro-carbeno.
Los resultados mostraron que los electrones se almacenaron en los accesorios de carbeno el tiempo suficiente para realizar un trabajo útil aproximadamente el 60% del tiempo; el resto del tiempo regresaron al átomo de hierro demasiado pronto, sin lograr nada.
Kelly Gaffney de PULSE dijo que el objetivo a largo plazo de esta investigación es obtener cerca del 100 por ciento de los electrones para permanecer en los carbenos por mucho más tiempo, por lo que la energía de la luz se puede utilizar para impulsar reacciones químicas. Para hacer eso, los científicos necesitanencontrar principios de diseño para adaptar las moléculas de carbeno de hierro para realizar trabajos particulares con la máxima eficiencia.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Laboratorio nacional de aceleración DOE / SLAC . Original escrito por Glennda Chui. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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