Los fotosensibilizadores son moléculas que absorben la luz solar y transmiten esa energía para generar electricidad o impulsar reacciones químicas. Por lo general, se basan en raras, metales caros; por lo que el descubrimiento de que los carbenos de hierro, con hierro viejo y llano en sus núcleos, puede hacer esto, también, desencadenó una ola de investigación en los últimos años. Pero mientras se descubren carbenos de hierro cada vez más eficientes, los científicos deben comprender exactamente cómo funcionan estas moléculas a nivel atómico para diseñarlas para un rendimiento superior.

Ahora, los investigadores han utilizado un láser de rayos X en el Laboratorio Nacional Acelerador SLAC del Departamento de Energía para observar lo que sucede cuando la luz golpea un carbeno de hierro. Descubrieron que puede responder de dos formas competitivas, solo uno de los cuales permite que los electrones fluyan hacia los dispositivos o reacciones donde se necesitan. En este caso, la molécula tomó la ruta de producción de energía aproximadamente el 60% del tiempo. El equipo publicó sus resultados el 31 de enero en Comunicaciones de la naturaleza .

En una celda solar un carbeno de hierro se adhiere a la película semiconductora en la superficie de la celda con su átomo de hierro sobresaliendo. La luz del sol golpea el átomo de hierro y libera electrones, que fluyen hacia los accesorios de carbeno. Si permanecen en esos accesorios el tiempo suficiente, 10 billonésimas de segundo o más, pueden moverse hacia la celda solar y aumentar su eficiencia. En Quimica, el impulso de energía que proporcionan los fotosensibilizadores ayuda a impulsar reacciones químicas, pero requiere tiempos de residencia aún más largos para los electrones en las uniones de carbeno.

Para precisar cómo funciona esto, un equipo internacional dirigido por investigadores del Stanford PULSE Institute en SLAC examinó muestras de carbeno de hierro con pulsos de láser de rayos X de la fuente de luz coherente Linac (LCLS) del laboratorio. Simultáneamente midieron dos señales separadas que revelan cómo se mueven los núcleos atómicos de la molécula y cómo viajan sus electrones dentro y fuera de los enlaces hierro-carbeno.

Los resultados mostraron que los electrones se almacenaban en las uniones de carbeno el tiempo suficiente para realizar un trabajo útil aproximadamente el 60% del tiempo; el resto del tiempo volvieron al átomo de hierro demasiado pronto, sin lograr nada.

Kelly Gaffney de PULSE dijo que el objetivo a largo plazo de esta investigación es acercarse al 100 por ciento de los electrones para permanecer en carbenos por mucho más tiempo. por lo que la energía de la luz se puede utilizar para impulsar reacciones químicas. Para hacer eso, Los científicos necesitan encontrar principios de diseño para adaptar las moléculas de carbeno de hierro para llevar a cabo trabajos particulares con la máxima eficiencia.