06.08.2021 - Universität Basel

El manganeso podría hacer más sostenibles los materiales luminiscentes y la conversión de la luz solar

Investigadores de la Universidad de Basilea han alcanzado un importante hito en su intento de producir materiales luminiscentes y catalizadores más sostenibles para convertir la luz solar en otras formas de energía. Basándose en el metal barato manganeso, han desarrollado una nueva clase de compuestos con propiedades prometedoras que hasta ahora se encontraban principalmente en compuestos de metales nobles.

Las pantallas de los teléfonos inteligentes y los catalizadores para la fotosíntesis artificial -para producir combustibles a partir de la luz solar, por ejemplo- suelen contener metales muy raros. El iridio, por ejemplo, que se utiliza en los diodos orgánicos emisores de luz (OLED), es más raro que el oro o el platino. El rutenio, utilizado en las células solares, es también uno de los elementos estables más raros. Estos metales no sólo son muy caros, en virtud de su escasez, sino también tóxicos en muchos compuestos.

Ahora, un equipo dirigido por el profesor Oliver Wenger y su estudiante de doctorado Patrick Herr, de la Universidad de Basilea, ha conseguido por primera vez producir complejos de manganeso luminiscentes en los que la exposición a la luz provoca las mismas reacciones que en los compuestos de rutenio o iridio. Los resultados se han publicado en la revista Nature Chemistry. La ventaja de utilizar manganeso es que este elemento es 900.000 veces más abundante en la corteza terrestre que el iridio, además de ser mucho menos tóxico y mucho más barato.

Fotoquímica rápida

En la actualidad, los nuevos complejos de manganeso presentan un rendimiento lumínico inferior al de los compuestos de iridio. Sin embargo, las reacciones impulsadas por la luz que son necesarias para la fotosíntesis artificial, como las reacciones de transferencia de energía y de electrones, tienen lugar a gran velocidad. Esto se debe a la estructura especial de los nuevos complejos, que conduce a una transferencia de carga inmediata del manganeso hacia sus compañeros de enlace directo al excitarse con la luz. Este principio de diseño de los complejos ya se utiliza en ciertos tipos de células solares, aunque hasta ahora se han utilizado sobre todo compuestos de metales nobles, y a veces complejos basados en el metal menos noble, el cobre.

Prevención de vibraciones no deseadas

La absorción de la energía de la luz suele provocar una mayor distorsión en los complejos fabricados con metales baratos que en los compuestos de metales nobles. Como consecuencia, los complejos comienzan a vibrar y se pierde gran parte de la energía luminosa absorbida. Los investigadores lograron suprimir estas distorsiones y vibraciones incorporando a los complejos componentes moleculares hechos a medida para forzar al manganeso a entrar en un entorno rígido. Este principio de diseño también aumenta la estabilidad de los compuestos resultantes y su resistencia a los procesos de descomposición.

Hasta ahora, nadie había conseguido crear complejos moleculares con manganeso que pudieran brillar en solución a temperatura ambiente y que tuvieran estas propiedades especiales de reacción, dice Wenger. "Patrick Herr y los postdoctorales implicados realmente han hecho un gran avance en este sentido, que abre nuevas oportunidades más allá del campo de los metales nobles". En futuros proyectos de investigación, Wenger y su grupo quieren mejorar las propiedades luminiscentes de los nuevos complejos de manganeso y anclarlos en materiales semiconductores adecuados para su uso en células solares. Otros posibles perfeccionamientos incluyen variantes hidrosolubles de los complejos de manganeso que podrían utilizarse en lugar de los compuestos de rutenio o iridio en la terapia fotodinámica utilizada para tratar el cáncer.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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