Os fotossensibilizadores são moléculas que absorvem a luz solar e transmitem essa energia para gerar eletricidade ou conduzir reações químicas. Eles geralmente são baseados em metais raros e caros; portanto, a descoberta de que os carbenos de ferro, com ferro velho comum em seus núcleos, também pode fazer isso, desencadeou uma onda de pesquisas nos últimos anos. Porém, enquanto os carbenos de ferro cada vez mais eficientes estão sendo descobertos, os cientistas precisam entender exatamente como essas moléculas funcionam em nível atômico para projetá-las para obter o melhor desempenho.
Agora, os pesquisadores usaram um laser de raios-X no Laboratório Nacional de Aceleradores SLAC do Departamento de Energia para observar o que acontece quando a luz atinge um carbeno de ferro. Eles descobriram que ele pode responder de duas maneiras concorrentes, apenas uma das quais permite que os elétrons fluam para os dispositivos ou reações onde são necessários. Nesse caso, a molécula seguiu o caminho de produção de energia cerca de 60% das vezes. A equipe publicou seus resultados em 31 de janeiro na Nature Communications.
Em uma célula solar, um carbeno de ferro se liga ao filme semicondutor na superfície da célula com seu átomo de ferro colado. A luz solar atinge o átomo de ferro e libera elétrons, que fluem para os anexos de carbeno. Se eles permanecerem nesses anexos por tempo suficiente – 10 trilhões de segundos ou mais -, poderão então entrar na célula solar e aumentar sua eficiência. Na química, o aumento de energia fornecido pelos fotossensibilizadores ajuda a impulsionar as reações químicas, mas requer tempos de permanência ainda mais longos para os elétrons nos anexos de carbeno. Para determinar como isso funciona, uma equipe internacional liderada por pesquisadores do Instituto PULSE de Stanford, no SLAC, examinou amostras de carbeno de ferro com pulsos de laser de raios-X da Fonte de Luz Coerente (LCLS) do laboratório. Eles mediram simultaneamente dois sinais separados que revelam como os núcleos atômicos da molécula se movem e como seus elétrons viajam para dentro e para fora das ligações ferro-carbeno. Os resultados mostraram que os elétrons foram armazenados nos anexos de carbeno por tempo suficiente para realizar um trabalho útil cerca de 60% das vezes; o resto do tempo eles retornaram ao átomo de ferro cedo demais, sem realizar nada. Kelly Gaffney, do PULSE, disse que o objetivo a longo prazo desta pesquisa é aproximar 100% dos elétrons para permanecerem em carbenos por muito mais tempo, para que a energia da luz possa ser usada para gerar reações químicas. Para fazer isso, os cientistas precisam encontrar princípios de design para adaptar as moléculas de carbeno de ferro para realizar trabalhos específicos com a máxima eficiência.Publicado em 07/02/2020 08h45
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