Uma equipe da BESSY II investigou como vários compostos complexos de ferro processam a energia da luz incidente. Eles foram capazes de mostrar por que certos compostos têm o potencial de converter luz em energia elétrica. Os resultados são importantes para o desenvolvimento de células solares orgânicas. O estudo já foi publicado na revista Físico Química Física Química .

Os complexos de metais de transição têm propriedades importantes:um elemento do grupo de metais de transição fica no centro. Os elétrons externos do átomo do metal de transição estão localizados em orbitais d estendidos em forma de folha de trevo que podem ser facilmente influenciados pela excitação externa. Alguns complexos de metais de transição atuam como catalisadores para acelerar certas reações químicas, e outros podem até converter a luz do sol em eletricidade. A conhecida célula solar corante desenvolvida por Michael Graetzel (EPFL) na década de 1990 é baseada em um complexo de rutênio.

Contudo, ainda não foi possível substituir o raro e caro metal de transição rutênio por um elemento menos caro, como o ferro. Isso é notável, porque o mesmo número de elétrons é encontrado em orbitais d externos estendidos do ferro. Contudo, a excitação com a luz da região visível não libera portadores de carga de longa duração na maioria dos compostos do complexo de ferro investigados até agora.

Uma equipe do BESSY II agora investigou essa questão com mais detalhes. O grupo liderado pelo Prof. Alexander Föhlisch irradiou sistematicamente compostos de complexo de ferro em solução usando luz de raio-X suave. Eles foram capazes de medir quanta energia dessa luz foi absorvida pelas moléculas usando um método chamado espalhamento inelástico de raios-X ressonante, ou RIXS. Eles investigaram complexos em que o átomo de ferro estava rodeado por moléculas de bipiridina ou grupos ciano (CN), bem como formas mistas nas quais o centro do ferro está ligado a uma bipiridina e quatro grupos ciano cada.

Os membros da equipe trabalharam em turnos durante duas semanas para obter os dados necessários. As medições mostraram que as formas mistas, que mal havia sido investigado até agora, são particularmente interessantes:No caso em que o ferro está rodeado por três moléculas de bipiridina ou seis grupos ciano (CN), a excitação óptica leva à liberação apenas de curto prazo de portadores de carga, ou para nenhum. A situação muda apenas quando dois dos grupos ciano são substituídos por uma molécula de bipiridina. "Então, podemos ver com a excitação suave de raios-X como os orbitais 3d de ferro se deslocam para os grupos ciano, enquanto, ao mesmo tempo, a molécula de bipiridina pode assumir o transportador de carga, "explica Raphael Jay, primeiro autor do estudo e cujo trabalho de doutorado se situa na área.

Os resultados mostram que complexos de metal de transição baratos também podem ser adequados para uso em células solares - se estiverem rodeados por grupos de moléculas adequados. Portanto, ainda há um campo rico aqui para o desenvolvimento de materiais.