Pesquisadores da Universidade Johannes Gutenberg de Mainz (JGU) criaram agora um novo complexo metálico construído a partir de manganês, um elemento amplamente disponível e barato. “Esse complexo metálico estabelece um novo padrão em fotoquímica: combina uma vida útil do estado excitado recorde com uma síntese simples”, explicou a Professora Katja Heinze do Departamento de Química da JGU. “Ele, portanto, oferece uma alternativa poderosa e sustentável aos complexos metálicos nobres que dominaram a química acionada por luz por tanto tempo.” O estudo foi recentemente publicado na Nature Communications.

Uma Rota de Um Passo para um Complexo de Manganês de Alto Desempenho

O manganês é mais de 100.000 vezes mais comum na Terra do que o rutênio, mas raramente foi usado com sucesso em sistemas fotoquímicos. Dois obstáculos principais o impediram: a maioria dos complexos de manganês requeria uma síntese longa e complicada que envolvia nove ou dez etapas, e eles normalmente tinham vidas úteis de estado excitado muito curtas.

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

Para ajustar o comportamento do complexo, os pesquisadores combinaram manganês com um ligante que ajusta suas propriedades eletrônicas. De acordo com Sandra Kronenberger, que investigou o complexo como aluna de doutorado no grupo de Heinze no Centro de Pós-Graduação Max Planck (MPGC), a mistura de um sal de manganês incolor com um ligante incolor produziu uma solução roxa intensa e inesperadamente semelhante a tinta. Ela observou que essa cor marcante indicava que o complexo havia se formado de uma maneira incomum.

Dr. Christoph Förster, que contribuiu com cálculos químicos quânticos, enfatizou que o complexo faz muito mais do que simplesmente ter uma aparência incomum. Sua capacidade de absorver luz é extremamente forte, dando-lhe uma chance muito alta de capturar partículas de luz que chegam. Como resultado, ele utiliza a energia da luz com eficiência excepcional.

Comportamento do Estado Exaltado Recorde

“A vida útil do complexo de 190 nanosegundos também é notável. Isso é duas ordens de magnitude mais longo do que qualquer complexo conhecido anteriormente contendo metais comuns, como ferro ou manganês,” disse Dr. Robert Naumann, o espectroscopia líder 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 meio da difusão para passar um elétron. Porque esse encontro pode levar vários nanosegundos, um estado excitado duradouro é essencial.

Os pesquisadores também confirmaram que o complexo realiza esta etapa crucial. “Fomos capazes de detectar o produto inicial da fotoreação — a transferência de elétrons que ocorreu — e, assim, provar que o complexo reage como desejado,” disse a Professora Heinze.

Potencial para Fotoquímica de Energia Limpa em Grande Escala

Esse avanço amplia as possibilidades para sistemas fotoquímicos sustentáveis. Com sua síntese simples e escalável, forte absorção de luz, características foto-físicas estáveis e estado excitado de longa duração, o material à base de manganês pode apoiar futuras aplicações fotoquímicas em grande escala. Essas capacidades podem ser especialmente promissoras para tecnologias relacionadas à produção sustentável de hidrogênio.