Metal común, poder inusual
Un nuevo complejo de manganeso(I) bate el récord de vida útil de los estados excitados, allanando el camino para futuras aplicaciones a gran escala de la fotoquímica
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Las reacciones suelen ser impulsadas por el calor. Sin embargo, en los últimos años, la luz también se ha impuesto como fuente de energía, ya que permite controlar las reacciones químicas con una precisión excepcional. Este proceso se conoce como fotoquímica. El problema: hasta ahora, este tipo de reacción requería rutenio, osmio o iridio, materiales que son raros y caros, además de perjudiciales para el medio ambiente cuando se extraen. Un equipo de investigadores de la Universidad Johannes Gutenberg de Maguncia (JGU) ha desarrollado un nuevo complejo metálico basado en el abundante y barato manganeso. "Este complejo metálico establece un nuevo estándar en fotoquímica: combina un tiempo de vida del estado excitado récord con una síntesis sencilla", declaró la profesora Katja Heinze, del Departamento de Química de la JGU. "Ofrece así una alternativa potente y sostenible a los complejos de metales nobles que han dominado durante mucho tiempo la química basada en la luz". Los resultados se han publicado recientemente en Nature Communications.
La figura muestra la estructura molecular del complejo de manganeso (centro), una cubeta que contiene una solución del complejo de manganeso púrpura (arriba a la izquierda), el espectro de absorción del complejo (púrpura) y el espectro de luminiscencia del complejo (verde).
Katja Heinze
Síntesis en un solo paso y fuerte absorción
El manganeso es más de 100.000 veces más abundante en la Tierra que el metal noble rutenio, pero su aplicación en fotoquímica se ha visto muy limitada hasta la fecha: en primer lugar, por la tediosa síntesis en varios pasos, que a menudo requiere de nueve a diez pasos, y, en segundo lugar, por la corta vida útil del estado excitado. "El nuevo complejo de manganeso supera ambos retos", explica Nathan East, antiguo estudiante de doctorado del grupo de Heinze que realizó la síntesis original. El nuevo material se sintetiza directamente a partir de materiales de partida disponibles en el mercado, en un solo paso de síntesis.
Además del manganeso, los investigadores utilizan un ligando que permite ajustar las propiedades del complejo. "La combinación de una sal incolora de manganeso y el ligando incoloro en solución produce inmediatamente un color púrpura intenso, como la tinta. Se trata de un color muy poco habitual para un complejo de manganeso, lo que nos demostró que estaba ocurriendo algo único", añadió Sandra Kronenberger, que siguió investigando este novedoso complejo de manganeso como estudiante de doctorado en el grupo de Heinze en el Centro de Postgrado Max Planck (MPGC).
El complejo de manganeso resultante no sólo tiene un aspecto impresionante, sino que también presenta propiedades notables: "Su absorción de la luz es excepcionalmente intensa, lo que significa que la probabilidad de capturar una partícula luminosa es muy alta; de este modo, el complejo utiliza la luz de forma muy eficiente", explicó el Dr. Christoph Förster, que colaboró en el proyecto con cálculos de química cuántica.
El tiempo de vida del estado excitado supera los 190 nanosegundos
"El tiempo de vida del complejo, de 190 nanosegundos, también es notable. Es dos órdenes de magnitud más larga que la de cualquier complejo conocido que contenga metales comunes como el hierro o el manganeso", afirmó el Dr. Robert Naumann, científico principal y espectroscopista, que caracterizó la dinámica del estado excitado del complejo mediante espectroscopia de luminiscencia. En fotoquímica, el catalizador, en este caso el complejo de manganeso, se excita con la luz. Cuando encuentra otra molécula por difusión, le transfiere un electrón. Dado que las partículas pueden tardar nanosegundos en encontrarse, el estado de excitación debe durar el mayor tiempo posible.
Pero, ¿realmente hace el complejo lo que los investigadores esperan que haga, es decir, transferir un electrón a otra molécula? "Pudimos detectar el producto inicial de la fotorreacción -la transferencia de electrones que se produjo- y demostrar así que el complejo reacciona como se desea", resumió la profesora Katja Heinze.
Este descubrimiento amplía los límites de la fotoquímica sostenible. Gracias a su síntesis escalable en un solo paso, su eficiente absorción de la luz, su robusto comportamiento fotofísico y su estado excitado de larga duración, el nuevo material con manganeso allana el camino para futuras aplicaciones a gran escala de las fotorreacciones. Esto podría ser importante para futuras aplicaciones, por ejemplo, para la producción sostenible de hidrógeno.
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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