Metalni ioni su, između ostalog, glasnici, nosioci informacija u našem (a i u životinjskom) organizmu: kalijevi (K⁺) i natrijevi (Na⁺) ioni sudjeluju u prijenosu živčanih impulsa uzduž aksona (produžetaka živčane stanice, neurona), kalcijevi koni (Ca²⁺) ubrzavaju, a magnezijevi ioni (Mg²⁺) usporavaju stanični metabolizam... No baš kao što svaka radio-stanica ima svoju frekvenciju, tako i svaka fiziološka funkcija ima svoj ion. Broj metalnih iona, kationa, je međutim ograničen, ne samo zbog prirode periodnog sustava elemenata nego i zbog raspoloživosti kemijskih elemenata u prirodi: teško je i zamisliti da bi se fiziološki mehanizam temeljio na ionima srebra ili zlata – jer ne jedemo ni srebro ni zlato.

Očito je da ima više signala nego iona. Ali priroda uvijek pronalazi rješenje. A rješenje u ovom slučaju su organski ioni, organski kationi. Jedan od njih je acetilkolin, kation koji prenosi živčani impuls u sinapsama, na dodiru aksona. Za prvi stupanj prijenosa živčanog impulsa, aksonima, zaslužna je dakle anorganska, a za drugi stupanj prijenosa, sinapsama, organska kemija. Organska kemija je, uči se u školi, jača od anorganske. Ima mnogo više organskih nego anorganskih spojeva zato jer se atomi ugljika lako povezuju u lance jednostrukim (C-C), dvostrukim (C=C) i trostrukim vezama (C≡C).

A što čini čovjek? Čovjeku, tehničaru i izumitelju, je najpametnije da slijedi prirodu. Nakon ovog uvoda o anorganskim i organskim ionima to znači: treba pokušati anorganske materijale zamijeniti organskima, ili – jednostavnije rečeno – treba kovine zamijeniti umjetnim polimerima.

I evo: u časopisu Molecules osvanuo je rad kineskih znanstvenika pod naslovom: „High conductivity, semiconducting, and metalic PEDOT:PSS electrode for all-plastic solar cells“. Nešto novo? Ne, samo tehnička inovacija staroga.

To kažem zato jer je njihova solarna ploča definirana shematski kao staklo/HC-PEDOT:PSS/Al4083/PM6:Y6/PDINO/Ag, pa osim gornje staklene ploče i donje srebrne podloge (Ag) ne sadrži ništa anorgansko. Dva polimera, HC-PEDOT:PSS i PDINO vode struju, a jedan, PM6:YC, pretvara – umjesto silicija u standardnim solarnim pločama – energiju Sunčeva zračenja u razliku napona. Iza čudne kratice Al4083 krije se pak prvi polimer, HC-PEDOT:PSS, ali ne u obliku folije nego disperzije.

Najveći problem je upravo prvi sloj, onaj koji leži ispod stakla, jer on mora s jedne strane dobro voditi struju, a s druge biti proziran kako bi Sunčeva svjetlost mogla doprijeti do polimera  PM6:Y6.

Oznaka prvog sloja PEDOT:PSS ukazuje da se on zapravo sastoji od dva polimera, PEDOT i PSS. Prvi polimer (PEDOT) je nabijen pozitivno, a drugi (PSS) negativno, pa stoga oni čine, da tako kažem, ionski spoj dvaju polimera. Zbog konjugiranih dvostrukih veza (naizmjeničnih jednostrukih i dvostrukih veza) polimer PEDOT vodi električnu struju – no kako dobro je vodi?

Električna vodljivost filma PEDOT:PSS iznosi samo 0,3 S/cm, pa bi ga bilo primjerenije zvati izolatorom negoli vodičem. No i za to ima lijeka, jer se rečenom polimeru može povećati vodljivost dopiranjem organskim spojevima, kao što su etilen-glikol ili dimetil-sulfoksid. Koji je dodatak najbolji? Onaj najjednostavniji: H₂SO₄. Obradom sumpornom kiselinom specifična vodljivost polimera PEDOT:PSS porasla je na 2673 S/cm, pa mu je s pravom pridodata oznaka HC (high conducting). No to je bilo moguće postići samo s jednom koncentracijom sumporne kiseline (80 %) nakon čega je slijedilo grijanje tri minute na temperaturi od 110 ^oC. Tim postupkom je anionski polimer PSS zamijenjen hidrogensulfatnim ionima (HSO₄^-) čime je postignut uređeniji raspored lanaca polimera PEDOT. Autori rečenog rada kažu da polimer „poprimio metalna svojstva“, no još uvijek ne i vodljivost metalnih vodiča (čelik ima 4-5, a otporna cekas žica oko tri puta veću vodljivost).

Uz poboljšanu električnu vodljivost, prvi sloj nove fotonaponske ćelije zadržao je prozirnost od 90 %. Na kraju su složili fotonaponsku ploču koja daje struju napona 0,81 V uz specifičnu jakost 23,5 mA/cm² i  pretvaranje 12,8 % Sunčeve energije u električnu. A fotonaponska ćelija napravljena samo od polimera? I to su pokušali, zamjenjujući najgornji („staklo“) i najdonji sloj (Ag) polimerima, ali je sposobnost pretvaranja Sunčeve energije u električnu smanjena na 4 %.

Nenad Raos je kemičar, znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, koji je radio do umirovljenja 2016. godine u zagrebačkom Institutu za medicinska istraživanja i medicinu rada (IMI). Autor je i koautor oko 200 znanstvenih i stručnih radova iz područja teorijske (računalne) kemije, kemije kompleksnih spojeva, bioanorganske kemije i povijesti znanosti. Bio je pročelnik Sekcije za izobrazbu Hrvatskog kemijskog društva, glavni urednik Prirode te urednik rubrike Kemija u nastavi u časopisu Kemija u industriji. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Autor je 3000 znanstveno-popularnih članaka te 15 znanstveno-popularnih knjiga.