Комплекс железа «два в одном» — светодиод и фотокатализатор

Метод синтеза нового комплекса железа и его строение

Впервые удалось получить комплекс железа, который может быть как фотокатализатором, например для производства топлива, так и светоизлучающим диодом. Обычно для фотокатализа или в фотогальванических элементах применяются дорогие и редкие элементы. Результаты новой работы говорят о том, что в перспективе их может заменить железо («Science», 2018, doi: 10.1126/science.aau7160).

Многие из существующих фотокаталитических или фотогальванических систем содержат комплексы металлов, которые поглощают солнечное излучение и преобразуют его энергию в химическую либо электрическую энергию. Такие комплексы конвертируют энергию весьма эффективно, однако практическому применению мешает то, что обычно они содержат дорогие и редкие металлы — рутений, иридий или осмий. Профессор Кеннет Вернмарк из Лундского университета (Швеция) заявляет, что использованный в его группе рациональный молекулярный дизайн позволяет заменить редкие металлы на железо — второй после алюминия по распространенности в земной коре металл.

Вернмарк с коллегами долгое время пытаются найти альтернативы дорогим металлам и их комплексам, в качестве замены рутению или осмию рассматривая прежде всего железо. Ранее они уже получали железосодержащие комплексы, которые возможно было использовать для преобразования солнечной энергии в электрическую.

Новое исследование — еще один шаг к удешевлению металлокомплексов, способных перерабатывать энергию Солнца. Группе Вернмарка удалось спроектировать и синтезировать железосодержащий комплекс, способный захватывать солнечную энергию на время, достаточное для ее передачи другой молекуле. Такое свойство позволяет говорить о новом комплексе как о потенциальном фотокатализаторе. Еще одна его особенность — длительная флуоресценция в видимой области спектра, которую можно наблюдать при комнатной температуре. Подобные свойства у комплексов железа также наблюдаются впервые.

Исследователи из Лунда предполагают, что полученная в их лаборатории молекула может применяться как фотокатализатор для получения «солнечного топлива» — водорода, образующегося при фоторасщеплении воды или метанола, продукта фотолитической конверсии углекислого газа. Вторая возможная область применения полученного комплекса и его аналогов — создание железосодержащих светоизлучающих диодов. Можно только порадоваться за шведских химиков, которым потребовалось всего пять лет, чтобы получить целый ряд комплексов железа с интересными фотохимическими свойствами, зачастую не уступающих по производительности фотоактивным соединениям на основе благородных металлов.

Эта статья доступна в печатном номере "Химии и жизни" (№ 1/2019) на с. 9.