西弗吉尼亚大学的研究人员开发了一种新的化合物，为可再生能源铺平了道路。
该化合物是光敏剂，这意味着它在光的存在下会促进化学反应。它具有许多潜在的应用，可提高从发电太阳能电池板到手机等现代技术的效率。
这项研究于3月16日发表在《Nature Chemistry》上，由化学助理教授卡斯滕·米尔斯曼（Carsten Milsmann）实验室的研究人员进行，并获得了美国国家科学基金会职业奖。
这些技术目前依靠铱和钌等贵金属发挥作用。但目前这些材料的供应仍然有限，这使得它们不可再生，难以获取且价格昂贵。
“我们注意到，研究钛和锆等较丰富金属的工作很少，因为它们通常不易加工。贵金属一直是首选元素，因为它们良好的化学性质使其更易于加工、使用和研究，这也是其为什么在该领域占据领导地位的原因。” Milsmann说，“我们希望改变这种状况。”
米尔斯曼的化合物由锆制成，锆的含量更为丰富且易于获取，因此是一种更具可持续性和成本效益的选择。该化合物还可以在多种条件下保持稳定，例如空气、水和温度变化的条件中，使其易于在各种环境中使用。
由于该化合物可以将光转换为电能，因此可以用于创建更高效的太阳能电池板。
太阳能电池板通常由硅制成，并且需要最小的光阈值才能收集和存储能量。长期以来，研究人员一直在探索染料敏化设备的替代方案，该设备使用有色分子在弱光条件下收集光并起作用，而不是使用硅。另外一个好处是，这还可以生产半透明的组件。迄今为止，必要的染料在很大程度上依赖于贵重的钌材料，但Milsmann的新化合物将来有可能取代它。
Milsmann说：“ 大多数太阳能电池板的问题在于，阴天时不能很好地工作。它们效率高，价格便宜，使用寿命长，但它们需要强光条件才能有效发挥作用。解决这一问题的一种方法是制作染料敏化版，其中有色化合物吸收光以在任何天气条件下产生电能。将来，我们可以设计产生能量的建筑物，从本质上讲，可以使建筑物的外立面，包括其所有外墙和窗户，变成一个发电厂。”
另一方面，该化合物还可以用于有机发光二极管，该有机发光二极管将电能转换为光，也就是太阳能电池板的相反功能。该特性使复合物成为生产更高效手机屏幕的潜在光源。
Milsmann说：“许多手机显示器都含有铱，这是另一种贵金属化合物，其作用与我们的化合物完全相同。拥有发光二极管的优势在于其大部分能量都转化为光。过去，光源效率低下，因为它们仅将接收到的能量中的一小部分转化为光。”
研究小组的下一步是使该化合物水溶性，因此可以潜在地用于生物医学应用，例如癌症患者的光动力疗法。
Milsmann说：“该化合物可以产生能引起细胞死亡的活性氧。听起来确实很危险，但是由于该反应仅在暴露于光辐射期间发生，因此可以严格控制其位置和持续时间。如果可以将光聚焦在特定点上，则可以产生活性氧，仅对光产生反应，从而使其安全。与通过外科手术和化学疗法相比，这种方法具有更小的侵入性清除肿瘤的潜力。”
论文标题为《Delayed fluorescence from a zirconium(iv) photosensitizer with ligand-to-metal charge-transfer excited states》。