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

Pantallas de teléfonos inteligentes y catalizadores para la fotosíntesis artificial:para producir combustibles a partir de la luz solar, por ejemplo, a menudo contienen metales muy raros. Iridio por ejemplo, que se utiliza en diodos emisores de luz orgánicos (OLED), es más raro que el oro o el platino. Rutenio, utilizado en células solares, es también uno de los elementos estables más raros. Estos metales no solo son muy caros, en virtud de su escasez, pero también tóxico 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 logrado 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 hallazgos se han publicado en la revista Química de la naturaleza . La ventaja de usar manganeso es que el elemento es 900, 000 veces más abundante en la corteza terrestre que el iridio, además de ser significativamente menos tóxico y muchas veces más barato.

Fotoquímica rápida

En el presente, los nuevos complejos de manganeso funcionan peor que los compuestos de iridio en términos de su eficiencia luminosa. Sin embargo, las reacciones impulsadas por la luz que se necesitan para la fotosíntesis artificial, como las reacciones de transferencia de energía y electrones, tienen lugar a alta velocidad. Esto se debe a la estructura especial de los nuevos complejos, lo que conduce a una transferencia de carga inmediata desde el manganeso hacia sus socios de enlace directo en la excitación con la luz. Este principio de diseño para complejos ya se utiliza en ciertos tipos de células solares, aunque hasta ahora ha presentado principalmente compuestos de metales nobles, ya veces complejos basados ​​en el cobre, un metal menos noble.

Previniendo vibraciones no deseadas

La absorción de energía luminosa normalmente provoca una mayor distorsión en los complejos hechos de metales baratos que en los compuestos de metales nobles. Como resultado, los complejos comienzan a vibrar y se pierde gran parte de la energía luminosa absorbida. Los investigadores pudieron suprimir estas distorsiones y vibraciones incorporando componentes moleculares hechos a medida en los complejos 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 ha logrado crear complejos moleculares con manganeso que puedan brillar en solución a temperatura ambiente y que tengan estas propiedades especiales de reacción, dice Wenger. "Patrick Herr y los postdoctorados involucrados realmente hicieron un gran avance en este sentido, uno 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 refinamientos incluyen variantes solubles en agua de los complejos de manganeso que podrían usarse potencialmente en lugar de compuestos de rutenio o iridio en la terapia fotodinámica usada para tratar el cáncer.