Metal comum, potência invulgar
Novo complexo de manganês(I) bate o recorde de tempo de vida para estados excitados, abrindo caminho para futuras aplicações em grande escala da fotoquímica
Anúncios
As reacções são normalmente impulsionadas pelo calor. No entanto, nos últimos anos, a luz estabeleceu-se também como uma fonte de energia, uma vez que permite controlar as reacções químicas com uma precisão excecional. Este processo é conhecido como fotoquímica. O problema: até agora, este tipo de reação necessitava de ruténio, ósmio ou irídio - materiais que são raros e caros, bem como prejudiciais para o ambiente quando são extraídos. Uma equipa de investigação da Universidade Johannes Gutenberg de Mainz (JGU) desenvolveu um novo complexo metálico baseado no manganês, abundante e barato. "Este complexo metálico estabelece um novo padrão em fotoquímica: combina um tempo de vida de estado excitado recorde com uma síntese simples", afirmou a Professora Katja Heinze do Departamento de Química da JGU. "Oferece, assim, uma alternativa poderosa e sustentável aos complexos de metais nobres que há muito dominam a química da luz". Os resultados foram publicados recentemente na revista Nature Communications.
A figura mostra a estrutura molecular do complexo de manganês (centro), uma cuvete contendo uma solução do complexo de manganês púrpura (canto superior esquerdo), o espetro de absorção do complexo (púrpura) e o espetro de luminescência do complexo (verde).
Katja Heinze
Síntese numa única etapa e forte absorção
O manganês é mais de 100.000 vezes mais abundante na Terra do que o metal nobre ruténio, mas a sua aplicação em fotoquímica tem sido severamente limitada até à data: em primeiro lugar, pela tediosa síntese em várias etapas, que frequentemente requer nove a dez etapas, e, em segundo lugar, pelo curto tempo de vida do estado excitado. "O complexo de manganês recentemente desenvolvido supera ambos os desafios", explicou o Dr. Nathan East, um antigo estudante de doutoramento do grupo Heinze que efectuou a síntese original. O novo material é sintetizado diretamente a partir de materiais de base disponíveis no mercado - numa única etapa de síntese.
Para além do manganês, os investigadores utilizam um ligando, que permite ajustar as propriedades do complexo. "A combinação de um sal de manganês incolor com o ligando incolor em solução produz imediatamente uma cor púrpura profunda, tal como a tinta. Esta é uma cor muito invulgar para um complexo de manganês, o que nos mostrou que algo de único estava a acontecer", acrescentou Sandra Kronenberger, que continuou a investigar este novo complexo de manganês como estudante de doutoramento no grupo de Heinze no Max Planck Graduate Center (MPGC).
O complexo de manganês resultante não só tem um aspeto impressionante, como também apresenta propriedades notáveis: "A sua absorção de luz é excecionalmente forte, o que significa que a probabilidade de capturar uma partícula de luz é muito elevada - o complexo utiliza assim a luz de forma muito eficiente", explicou o Dr. Christoph Förster, que apoiou o projeto com cálculos de química quântica.
O tempo de vida do estado excitado ultrapassa a marca dos 190 nanossegundos
"O tempo de vida do complexo de 190 nanossegundos também é notável. É duas ordens de grandeza mais longo do que qualquer complexo conhecido anteriormente contendo metais comuns, como ferro ou manganês", disse o cientista principal e espectroscopista Dr. Robert Naumann, que caracterizou a dinâmica do estado excitado do complexo usando espetroscopia de luminescência. Na fotoquímica, o catalisador, neste caso o complexo de manganês, é excitado pela luz. Quando encontra outra molécula por difusão, transfere um eletrão para ela. Uma vez que pode demorar nanossegundos até as partículas se encontrarem, o estado excitado deve durar o máximo de tempo possível.
Mas será que o complexo faz realmente o que os investigadores esperam, ou seja, transfere um eletrão para outra molécula? "Conseguimos detetar o produto inicial da fotorreacção - a transferência de electrões que ocorreu - e assim provar que o complexo reage como desejado", resumiu a Professora Katja Heinze.
Esta descoberta alarga as fronteiras da fotoquímica sustentável. Graças à sua síntese escalonável numa só etapa, à absorção eficiente da luz, ao comportamento fotofísico robusto e ao estado excitado de longa duração, o novo material contendo manganês abre caminho para futuras aplicações em grande escala de fotorreacções. Isto pode ser importante para futuras aplicações, por exemplo, para a produção sustentável de hidrogénio.
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Inglês pode ser encontrado aqui.
Publicação original
Outras notícias do departamento ciência
