15-10-2018 17:18:26

Forskere følger atomers bevægelser, mens de sker

For første gang er det lykkedes forskere fra DTU Fysik at følge atomers bevægelse i et lys-aktiveret molekyle i realtid. Den nye viden bidrager til forståelsen af de lysabsorberende reaktioner i solceller baseret på farvestoffer. Målet er at erstatte dyre ruthenium-baserede farvestoffer med billigere alternativer.
29. sep. 2016 Af DTU

Ved hjælp af verdens mest intense røntgenlaser, har forskere fra DTU Fysik i samarbejde med en række kollegaer fra hele verden direkte kunne følge, hvordan atomerne i et et lys-aktiveret molekyle bevæger sig efter at være blevet ramt af blot en enkelt foton. Denne viden kan bruges til  erstatte dyre grundstoffer som ruthenium i farvestofbaserede solceller med billigere og dermed bane vejen for bedre udnyttelse af solenergi.

Ud med de dyre grundstoffer

Fotoelektrokemiske solceller - ofte kaldet Grätzel-celler - fungerer ved hjælp af farvestoffer, der absorberer lyset og videregiver en energi-rig elektron til omgivelserne. De bedste Grätzel-celler er baseret på molekyler, der indeholder ruthenium; de  er effektive, men desværre også meget dyre. I stedet vil forskerne fra DTU Fysik gerne bruge for eksempel jern- eller kobolt-baserede farvestoffer, som er billigere og samtidig har mange egenskaber til fælles med ruthenium.

Før de kan udskifte ruthenium med billigere grundstoffer har forskerne imidlertid brug for at langt bedre forståelse af energiens vej gennem de lys-aktiverede molekyler. Målet er at designe billige, lysabsorberende farvestoffer, hvor mindst muligt af den indkomne energi går tabt som bevægelsesenergi i molekylet, og hvor den energi-rige elektron let kan høstes til et eksternt elektrisk kredsløb.

Atomerne vibrerer

I et studiet offentliggjort i det velansete videnskabelige tidsskrift Physical Review Letters har forskergruppen undersøgt et lys-aktiveret kobolt-nitrogen baseret molekyle og direkte målt, hvordan de kemiske bindinger mellem kobolt og nitrogen først strækkes og derefter vibrerer.

Atomers bevægelse
Animation af atomernes bevægelse efter at molekylet er blevet aktiveret med lys.

- Vores nye studie er et led i processen med at forstå de allertidligste trin i den lysaktiverede proces. Vi mener, at vi har ret godt styr på, hvad der sker det allerførste øjeblikke efter, at elektronen eksiteres af den indkomne foton. Men præcis hvordan energien derefter fordeles i molekylet i de efterfølgende femto- og picosekunder, det vidste vi ikke", forklarer seniorforsker Kristoffer Haldrup fra sektionen for neutroner og røntgenbaseret materialefysik (NEXMAP) ved DTU Fysik.

- I tidligere studier har vi kun haft tids opløsning til at se ”før” og ”efter” i forhold til, hvordan den molekylære struktur forandrer sig under den fotokemiske proces. Med det nye studie har vi en tidsopløsning som er næsten 1000 gange bedre, og nu er det dermed lykkedes os at se selve de atomare bevægelser i real-time, og ikke bare før/efter, slutter Kristoffer Haldrup.

Læs den videnskabelige artikel
Femtosecond X-Ray Scattering Study of Ultrafast Photoinduced Structural Dynamics in Solvated [Co(terpy)2]2+ Phys. Rev. Lett. 117, 013002 – Published 30 June 2016

Artiklen er oprindeligt publiceret på DTU.


Deltag i debatten

Nyheder og arrangementer

Nyeste energi- og miljøjob

luk
close