Un team di BESSY II ha studiato il modo in cui vari composti complessi di ferro elaborano l'energia dalla luce incidente. Sono stati in grado di mostrare perché alcuni composti hanno il potenziale per convertire la luce in energia elettrica. I risultati sono importanti per lo sviluppo di celle solari organiche. Lo studio è stato ora pubblicato sulla rivista Chimica Fisica Fisica Chimica .

I complessi dei metalli di transizione hanno proprietà importanti:un elemento del gruppo dei metalli di transizione si trova al centro. Gli elettroni esterni dell'atomo di metallo di transizione si trovano in orbitali d estesi a quadrifoglio che possono essere facilmente influenzati dall'eccitazione esterna. Alcuni complessi di metalli di transizione agiscono come catalizzatori per accelerare determinate reazioni chimiche, e altri possono persino convertire la luce solare in elettricità. La famosa cella solare a colorante sviluppata da Michael Graetzel (EPFL) negli anni '90 si basa su un complesso di rutenio.

Però, non è stato ancora possibile sostituire il raro e costoso metallo di transizione rutenio con un elemento meno costoso, come il ferro. Questo è notevole, perché lo stesso numero di elettroni si trova su orbitali d esterni estesi del ferro. Però, l'eccitazione con la luce dalla regione visibile non rilascia portatori di carica di lunga durata nella maggior parte dei composti complessi del ferro studiati finora.

Un team di BESSY II ha ora studiato questa domanda in modo più dettagliato. Il gruppo guidato dal Prof. Alexander Föhlisch ha sistematicamente irradiato composti ferrosi in soluzione utilizzando luce morbida a raggi X. Sono stati in grado di misurare quanta energia di questa luce è stata assorbita dalle molecole usando un metodo chiamato diffusione anelastica risonante di raggi X, o RIXS. Hanno studiato i complessi in cui l'atomo di ferro era circondato da molecole di bipiridina o gruppi di ciano (CN), così come forme miste in cui il centro di ferro è legato a una bipiridina e quattro gruppi ciano ciascuno.

I membri del team hanno lavorato a turni per due settimane per ottenere i dati necessari. Le misurazioni hanno mostrato che le forme miste, che fino ad ora era stato poco indagato, sono particolarmente interessanti:Nel caso in cui il ferro sia circondato da tre molecole di bipiridina o da sei gruppi ciano (CN), l'eccitazione ottica porta solo al rilascio a breve termine dei portatori di carica, o a nessuno. La situazione cambia solo quando due dei gruppi ciano vengono sostituiti da una molecola di bipiridina. "Poi possiamo vedere con l'eccitazione dei raggi X morbidi come gli orbitali 3d del ferro si delocalizzano sui gruppi ciano, mentre allo stesso tempo la molecola di bipiridina può assumere il portatore di carica, " spiega Raphael Jay, primo autore dello studio e il cui lavoro di dottorato è in questo campo.

I risultati mostrano che anche complessi di metalli di transizione economici potrebbero essere adatti per l'uso nelle celle solari, se sono circondati da gruppi molecolari adatti. Quindi qui c'è ancora un ricco campo per lo sviluppo materiale.