Cientistas descobrem um poder oculto em um metal comum

Pesquisadores da Universidade Johannes Gutenberg Mainz (JGU) criaram agora um novo complexo metálico construído a partir de manganês, um elemento amplamente disponível e barato. “Este complexo metálico estabelece um novo padrão em fotoquímica: combina um tempo de vida recorde no estado excitado com síntese simples”, explicou a professora Katja Heinze, do Departamento de Química da JGU. “Assim, oferece uma alternativa poderosa e sustentável aos complexos de metais nobres que há muito dominam a química baseada na luz.” O estudo apareceu recentemente em Comunicações da Natureza.

Um caminho de uma etapa para um complexo de manganês de alto desempenho

O manganês é 100.000 vezes mais comum na Terra do que o rutênio, mas raramente tem sido usado com sucesso em sistemas fotoquímicos. Dois grandes obstáculos o impediram: a maioria dos complexos de manganês exigia uma síntese longa e complicada envolvendo nove ou dez etapas, e normalmente tinham tempos de vida em estado excitado muito curtos.

“O complexo de manganês recentemente desenvolvido supera ambos os desafios”, disse o Dr. Nathan East, um ex-aluno de doutorado do grupo Heinze que realizou a síntese inicial. A equipe criou o material diretamente a partir de ingredientes disponíveis comercialmente em uma única etapa de síntese.

Para ajustar o comportamento do complexo, os pesquisadores combinaram manganês com um ligante que ajusta suas propriedades eletrônicas. Segundo Sandra Kronenberger, que investigou o complexo quando era estudante de doutorado no grupo Heinze do Centro de Pós-Graduação Max Planck (MPGC), a mistura de um sal de manganês incolor com um ligante incolor produziu uma solução roxa inesperadamente intensa, semelhante a tinta. Ela notou que esta cor marcante indicava que o complexo havia se formado de uma forma incomum.

Dr. Christoph Förster, que contribuiu com cálculos químicos quânticos, enfatizou que o complexo faz muito mais do que simplesmente parecer incomum. Sua capacidade de absorver luz é extremamente forte, proporcionando uma chance muito alta de capturar partículas de luz que chegam. Como resultado, utiliza energia luminosa com eficiência excepcional.

Comportamento de estado animado de configuração de registro

“A vida útil do complexo de 190 nanossegundos também é notável. Isto é duas ordens de magnitude maior do que qualquer complexo anteriormente conhecido contendo metais comuns, como ferro ou manganês, “disse o Dr. Robert Naumann, o principal espectroscopista que analisou como o estado excitado se comporta usando espectroscopia de luminescência. Na fotoquímica, a luz energiza o catalisador, e o catalisador excitado deve encontrar outra molécula por difusão para poder passar um elétron. Como esse encontro pode levar vários nanossegundos, é essencial um estado excitado duradouro.

Os pesquisadores também confirmaram que o complexo realiza essa etapa fundamental. “Conseguimos detectar o produto inicial da fotorreação – a transferência de elétrons que ocorreu – e assim provar que o complexo reage conforme desejado”, disse o professor Heinze.

Potencial para fotoquímica escalonável de energia limpa

Este avanço amplia as possibilidades de sistemas fotoquímicos sustentáveis. Com sua síntese simples e escalável, forte absorção de luz, características fotofísicas estáveis ​​e estado excitado de longa duração, o material à base de manganês poderia suportar futuras aplicações fotoquímicas em grande escala. Tais capacidades podem ser especialmente promissoras para tecnologias relacionadas com a produção sustentável de hidrogénio.