As aplicações químicas sustentáveis ​​precisam ser capazes de empregar fontes de energia renováveis, matérias-primas renováveis ​​e elementos abundantes na terra. No entanto, até hoje muitas técnicas só foram possíveis com o uso de metais preciosos caros ou metais de terras raras, cuja extração pode ter sérios impactos ambientais. Uma equipe de pesquisadores incluindo a professora Katja Heinze e o professor Christoph Kerzig da Johannes Gutenberg University Mainz (JGU), bem como a Dra. cromo, um metal base abundante que o grupo de Heinze vem investigando há algum tempo.
As novas descobertas mostram que os compostos de cromo, também chamados de rubis moleculares, podem substituir metais preciosos caros na conversão ascendente de fótons. A conversão ascendente de fótons (UC) é um processo no qual a absorção sequencial de dois fótons de menor energia leva à emissão de um fóton de maior energia. Este fóton de energia mais alta pode, em princípio, ser empregado para expandir o uso de luz solar de baixa energia em células solares ou reações fotoquímicas que, de outra forma, requerem luz UV para ativação. O uso de rubis moleculares pode, assim, ajudar a reduzir o impacto de processos prejudiciais ao meio ambiente, como mineração de metais preciosos ou elementos de terras raras, e expandir a fotoquímica para processos mais sustentáveis.

Compostos de cromo como uma alternativa promissora

A maioria das aplicações fotoquímicas e fotofísicas, como diodos emissores de luz orgânicos fosforescentes, células solares sensibilizadas por corantes ou reações químicas acionadas por luz, usam metais preciosos como ouro, platina, rutênio, irídio ou metais de terras raras. No entanto, os metais preciosos são caros porque são escassos, enquanto os elementos de terras raras são extraídos apenas em alguns países, na China em particular. Além disso, sua extração geralmente envolve um consumo considerável de água, energia e produtos químicos. Em alguns casos, como na mineração de ouro, são empregadas substâncias altamente tóxicas, como cianeto ou mercúrio.

Por outro lado, os recursos do metal cromo, que recebe o nome da antiga palavra grega para cor, são 10.000 vezes mais abundantes na crosta terrestre do que os da platina e 100.000 vezes maiores do que os do irídio, o que significa que está disponível em quantidades suficientes. “Infelizmente, as propriedades fotofísicas de metais abundantes, como cromo ou ferro, não são boas o suficiente para serem úteis em aplicações tecnológicas, especialmente quando se trata das vidas e energias de seus estados eletronicamente excitados”, explicou a professora Katja Heinze, do Departamento de Química da JGU. . Um progresso significativo nesse sentido foi feito apenas nos últimos anos, sendo a equipe de Heinze um dos principais colaboradores. Eles também estiveram envolvidos no desenvolvimento dos chamados rubis moleculares. Estes são compostos moleculares solúveis que possuem características de estado excitado excepcionalmente boas. Rubis moleculares já foram usados ​​como termômetros ópticos moleculares e sensores de pressão.

Observação direta dos processos de transferência de energia graças ao novo dispositivo a laser de grande escala

A equipe de cientistas de Mainz e Berlim conseguiu agora mais um avanço. "No processo, observamos um novo mecanismo e entendemos a alta eficiência dos novos compostos de cromo em detalhes", disse o professor Christoph Kerzig. Os cientistas conseguiram observar diretamente o caminho incomum de transferência de energia usando uma configuração de laser recentemente instalada no grupo Kerzig. Essa chamada técnica de fotólise de flash de laser permitiu que eles detectassem todos os intermediários que são importantes para os mecanismos de conversão ascendente. Além disso, experimentos quantitativos com laser estabeleceram a ausência de canais de perda de energia inerentes e reações colaterais, o que estabelece as bases para aplicações eficientes dessa maneira pouco explorada de transferir e converter energia solar com compostos de cromo.

Consequentemente, os cientistas podem desenvolver novas reações acionadas pela luz usando o cromo metálico comum no futuro, em vez de usar os compostos raros e mais caros de rutênio e irídio, que hoje ainda são os mais usados. "Juntamente com nossos parceiros da BAM em Berlim e outras universidades, continuaremos a avançar com nossos esforços para desenvolver uma fotoquímica mais sustentável", disse a professora Katja Heinze.

Os resultados do grupo foram publicados em Angewandte Chemie . + Explorar mais

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