Los científicos pudieron determinar la disposición espacial de las moléculas de bipiridina (gris) en una superficie de átomos de níquel y oxígeno (amarillo / rojo). La rotación cambia la transconfiguración (frontal derecha) a una configuración cis (frontal izquierda). Crédito:Universidad de Basilea, Departamento de Física
Los científicos de la Universidad de Basilea han encontrado una forma de cambiar la disposición espacial de las moléculas de bipiridina en una superficie. Estos componentes potenciales de las células solares sensibilizadas con colorante forman complejos con los metales y, por lo tanto, alteran su conformación química. Los resultados de esta colaboración interdisciplinar entre químicos y físicos de Basilea fueron publicados recientemente en la revista científica ACS Omega .
Las células solares sensibilizadas por colorante se han considerado una alternativa sostenible a las células solares convencionales durante muchos años. incluso si su rendimiento energético aún no es completamente satisfactorio. La eficiencia se puede aumentar con el uso de células solares en tándem, donde las células solares sensibilizadas con colorante se apilan una encima de la otra.
La forma en que el tinte, que absorbe la luz del sol, está anclado al semiconductor juega un papel crucial en la efectividad de estas células solares. Sin embargo, el anclaje de los colorantes sobre superficies de óxido de níquel, que son particularmente adecuados para células sensibilizadas con colorante en tándem, aún no se comprende suficientemente.
Encuadernación en superficies
En el transcurso de una colaboración interdisciplinaria, Científicos del Instituto Suizo de Nanociencia y los Departamentos de Física y Química de la Universidad de Basilea investigaron cómo las moléculas individuales de bipiridina se unen a las superficies de óxido de níquel y oro.
Los cristales de bipiridina sirvieron como molécula de anclaje para células sensibilizadas con colorante en una superficie semiconductora. Este ancla une los complejos metálicos, que a su vez se puede utilizar para unir los diversos tintes.
La configuración de la molécula de bipiridina se cambia al unirse a un átomo de hierro (marrón). La composición química de las moléculas es la misma, pero su disposición espacial y propiedades químicas son muy diferentes. Crédito:Universidad de Basilea, Departamento de Física
Con la ayuda de microscopios de sonda de barrido, la investigación determinó que inicialmente las moléculas de bipiridina se unen planas a la superficie en su configuración trans. La adición de átomos de hierro y un aumento de temperatura provocan una rotación alrededor de un átomo de carbono en la molécula de bipiridina y, por tanto, conduce a la formación de la configuración cis.
"La composición química de la configuración cis y trans es la misma, pero su disposición espacial es muy diferente. "El cambio en la configuración se puede distinguir claramente sobre la base de las mediciones del microscopio de sonda de barrido, ", confirma el profesor Ernst Meyer, físico experimental.
Complejos metálicos en una configuración modificada.
Este cambio en la disposición espacial es el resultado de la formación de un complejo metálico, como lo confirmaron los científicos a través de su examen de la bipiridina en una superficie de oro.
Durante la preparación de las células solares sensibilizadas con colorante, estas reacciones tienen lugar en una solución. Sin embargo, El examen de moléculas individuales y su comportamiento solo es posible con el uso de microscopios de sonda de barrido en vacío.
"Este estudio nos permitió observar por primera vez cómo las moléculas que están firmemente unidas a una superficie cambian su configuración, ", resume Meyer. Esto nos permite comprender mejor cómo se comportan las moléculas de anclaje en las superficies de óxido de níquel".
