Röntgenlaser ger ögonblicksbilder av fotokatalys

En ny studie av ljusaktiverad katalys kan bidra till utvecklingen av kemisk lagring av solenergi. Studien, som nu publiceras i Nature, är ett resultat av ett brett internationellt forskarsamarbete kring ultrasnabb reaktionsdynamik. Forskare vid Fysikum har bidragit med kvantkemiska beräkningar som visar vad som händer i reaktionen.

– Förändringarna i elektronernas energinivåer när kemiska reaktioner äger rum kan förutsägas med datorberäkningar och matchas mot det vi ser i experimentet, säger Ida Josefsson som är doktorand vid Fysikum, Stockholms universitet.

Studien har undersökt hur ett metallkomplex kan aktiveras som katalysator genom absorption av ljus. Fotoaktiveringen har studerats med hjälp av röntgenspektroskopi som avbildar elektronstrukturen under reaktionen. Resultaten är särskilt intressanta för svensk forskning med anledning av utvecklingen av nya strålkällor som pågår vid MAX IV i Lund, där liknande studier kan bli möjliga.

Alla växter lagrar solenergi i form av kolväten med hjälp av ett metallkomplex. Lagring av solenergi i kemiska bindningar är en viktig del i lösningen av samhällets energibehov. För att utveckla den behöver vi förstå vad som händer när en molekyl träffas av en foton. I studien har man kunnat följa förändringar i de kemiska bindningarna med en tidsupplösning på 100 femtosekunder (1 femtosekund = 10^-15s = en biljarddels sekund). Med hjälp av teoretiska beräkningar kunde produkterna som bildades under experimentet identifieras.

– Med beräkningarna kan vi simulera röntgenspektra för de fotoaktiverade metallkomplexen och även studera när kemiska bindningar bryts och bildas. Det gör att vi kan detaljstudera processer i exempelvis solceller och fotokatalys och i förlängningen bidra till att bättre utnyttja solenergin, säger Michael Odelius vid Fysikum, Stockholms universitet.

För ytterligare information

Michael Odelius, Avdelningen för kemisk fysik, Fysikum, Stockholms universitet, mobil 073-399 62 60, tfn 08-553 787 13, E-post odelius@fysik.su.se

Publicerad i Nature: Orbital-specific mapping of the ligand exchange dynamics of Fe(CO)5 in solution

Artikelförfattare: Ph. Wernet, K. Kunnus, I. Josefsson, I. Rajkovic, W. Quevedo, M. Beye, S. Schreck, S. Grübel, M. Scholz, D. Nordlund, W. Zhang, R. W. Hartsock, W. F. Schlotter, J. J. Turner, B. Kennedy, F. Hennies, F. M. F. de Groot, K. J. Gaffney, S. Techert, M. Odelius, A. Föhlisch.