Os pesquisadores da Universidade de Basel alcançaram um marco importante em sua busca para produzir materiais luminescentes e catalisadores mais sustentáveis ​​para converter a luz solar em outras formas de energia. Com base no manganês de metal barato, eles desenvolveram uma nova classe de compostos com propriedades promissoras que até agora foram encontradas principalmente em compostos de metais nobres.

Telas de smartphones e catalisadores para fotossíntese artificial - para produzir combustíveis a partir da luz do sol, por exemplo, muitas vezes contêm metais muito raros. Iridium, por exemplo, que é usado em diodos emissores de luz orgânicos (OLEDs), é mais raro que ouro ou platina. Rutênio, usado em células solares, também é um dos elementos estáveis ​​mais raros. Esses metais não são apenas muito caros, em virtude de sua escassez, mas também tóxico em muitos compostos.

Agora, uma equipe liderada pelo professor Oliver Wenger e seu aluno de doutorado Patrick Herr da Universidade de Basel pela primeira vez conseguiu produzir complexos de manganês luminescentes nos quais a exposição à luz causa as mesmas reações que ocorrem nos compostos de rutênio ou irídio. Os resultados foram publicados na revista Química da Natureza . A vantagem de usar manganês é que o elemento é 900, 000 vezes mais abundante na crosta terrestre do que o irídio, além de ser significativamente menos tóxico e muitas vezes mais barato.

Fotoquímica rápida

Atualmente, os novos complexos de manganês têm desempenho pior do que os compostos de irídio em termos de eficiência luminosa. Contudo, as reações impulsionadas pela luz que são necessárias para a fotossíntese artificial, como as reações de transferência de energia e elétrons, ocorrem em alta velocidade. Isso se deve à estrutura especial dos novos complexos, o que leva a uma transferência imediata de carga do manganês para seus parceiros de ligação direta na excitação com a luz. Este princípio de design para complexos já é usado em certos tipos de células solares, embora até agora tenha apresentado principalmente compostos de metais nobres, e às vezes complexos baseados no cobre metálico menos nobre.

Prevenindo vibrações indesejadas

A absorção da energia da luz normalmente causa maior distorção em complexos feitos de metais baratos do que em compostos de metais nobres. Como resultado, os complexos começam a vibrar e grande parte da energia luminosa absorvida é perdida. Os pesquisadores foram capazes de suprimir essas distorções e vibrações incorporando componentes moleculares feitos sob medida aos complexos para forçar o manganês a um ambiente rígido. Este princípio de design também aumenta a estabilidade dos compostos resultantes e sua resistência aos processos de decomposição.

Até agora, ninguém conseguiu criar complexos moleculares com manganês que podem brilhar em solução à temperatura ambiente e que têm essas propriedades especiais de reação, diz Wenger. "Patrick Herr e os pós-doutorandos envolvidos realmente fizeram um avanço a esse respeito - um que abre novas oportunidades além do campo dos metais nobres." Em projetos de pesquisa futuros, Wenger e seu grupo querem melhorar as propriedades luminescentes dos novos complexos de manganês e ancorá-los em materiais semicondutores adequados para uso em células solares. Outros refinamentos possíveis incluem variantes solúveis em água dos complexos de manganês que poderiam ser potencialmente usados ​​no lugar de compostos de rutênio ou irídio na terapia fotodinâmica usada para tratar o câncer.