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Übergangsmetallkomplexe: Gemischt geht's besser

Ein Team an BESSY II hat untersucht, wie unterschiedliche Eisenkomplex-Verbindungen Energie aus eingestrahltem Licht verarbeiten. Dabei konnten sie zeigen, warum bestimmte Verbindungen das Potenzial haben, Licht in elektrische Energie umzuwandeln. Die Ergebnisse sind für die Entwicklung von organischen Solarzellen interessant. Die Studie wird auf dem Cover der Fachzeitschrift PCCP angekündigt.

Übergangsmetall-Komplexe – das ist ein sperriges Wort für eine Klasse von Molekülen mit interessanten Eigenschaften. Im Zentrum sitzt ein Element aus der Gruppe der Übergangsmetalle. Die äußeren Elektronen des Übergangsmetalls befinden sich auf keulenartig ausgedehnten d-Orbitalen, die sich durch äußere Anregung gut beeinflussen lassen. Manche Übergangsmetall-Komplexe beschleunigen als Katalysatoren bestimmte chemische Reaktionen, andere können sogar Sonnenlicht in Strom umwandeln: So basiert die bekannte Farbstoff-Solarzelle, die Michael Graetzel (EPFL) in den 1990er Jahren entwickelt hat, auf einem Ruthenium-Komplex.
Eisen statt Ruthenium
Allerdings ist es bisher nicht gelungen, das seltene und teure Übergangsmetall Ruthenium durch ein preiswerteres Element zu ersetzen, zum Beispiel durch Eisen. Das ist erstaunlich, denn auch beim Eisen befinden sich die gleiche Anzahl an Elektronen auf den äußeren weitausgedehnten d-Orbitalen. Die Anregung mit Licht im sichtbaren Bereich setzt jedoch in den meisten bisher untersuchten Eisen-Komplexverbindungen keine langlebigen Ladungsträger frei.
Inelastische Röntgenstreuung an BESSY II
Diese Frage hat nun ein Team an BESSY II genauer untersucht. Die Gruppe um Prof. Dr. Alexander Föhlisch hat dafür systematisch unterschiedliche Eisen-Komplexverbindungen in Lösung mit weichem Röntgenlicht bestrahlt. Dabei konnten sie messen, wieviel Energie dieses Lichts von den Molekülen absorbiert wurde (Methode der inelastischen Röntgenstreuung, RIXS). Sie untersuchten Komplexe, in denen das Eisenatom entweder von Bipyridin-Molekülen oder Cyan-Gruppen (CN) umgeben waren, sowie Mischformen, in denen das Eisenzentrum mit je einem Bipyridin und vier Cyan-Gruppen verbunden ist.

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Redaktion: Dipl.-Ing. Fahima Fischer
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