Ученые обнаружили скрытую силу в обычном металле

Инновационный марганцевый комплекс делает доступной дешевую, устойчивую и высокоэффективную фотохимию.

Новый комплекс марганца сочетает сверхсильное поглощение света с рекордно высокой продолжительностью жизни в возбужденном состоянии, бросая вызов доминированию редких металлов в фотохимии.

Источник: wikipedia.org

Подавляющее большинство химических превращений протекает благодаря теплу, но в последние годы возникла важная альтернатива — использование света. Фотохимия позволяет контролировать реакции с беспрецедентной точностью, пишет ScienceDaily.

Группа ученых из Майнцского университета имени Иоганна Гутенберга разработала инновационный металлокомплекс на основе доступного и дешевого марганца. Как подчеркнула профессор Катя Хайнце, этот комплекс отличается выдающейся продолжительностью жизни в возбужденном состоянии и простым методом синтеза. «Благодаря новому веществу мы можем предложить гораздо более эффективное и экологически чистое решение для современных фотохимических процессов», — отмечает эксперт.

Несмотря на свою распространенность на планете Земля, марганец практически не использовался в фотохимических процессах из-за двух существенных недостатков: сложной многоступенчатой процедуры синтеза и короткого времени жизни возбужденного состояния. Новый же марганцевый комплекс преодолевает оба ограничения: синтез осуществляется всего одним этапом из коммерческих компонентов, а продолжительность жизни достигает 190 наносекунд, что значительно превышает показатели предыдущих соединений.

На рисунке показана молекулярная структура комплекса марганца (в центре), кювета с раствором фиолетового комплекса марганца (вверху слева), а также спектр поглощения комплекса, объясняющий его высокую интенсивность окраски (фиолетовый), и спектр люминесценции комплекса, который использовался для измерения его длительного времени жизни (зеленый).

Источник: Katja Heinze / press.uni-mainz.de

Чтобы оптимизировать характеристики нового материала, ученые добавили специальный лиганд, стабилизирующий электронную структуру марганца. Полученный раствор имеет ярко-фиолетовый оттенок, похожий на чернила, что является признаком успешного образования комплекса.

По результатам анализа с использованием люминесцентной спектроскопии выяснилось, что марганцевый комплекс демонстрирует превосходную способность эффективно захватывать частицы света благодаря своему необычайно сильному светопоглощению. Такое свойство обеспечивает исключительно эффективное использование энергии света, превращая ее в химическую активность. Кроме того, ученые показали, что комплекс способен передавать электроны другим молекулам, обеспечивая необходимую реакцию переноса заряда. Этот факт подтвердил сам механизм катализа, заложенный в разработку.

Получив комплексное подтверждение эффективности нового материала, авторы исследования убедились, что технология открывает путь к созданию эффективных, экологически чистых и экономически выгодных фотокаталитических систем будущего. Эти разработки могут иметь особое значение для устойчивого производства водорода и других технологий, направленных на снижение углеродного следа человечества.

Тем временем в России разработали новые катализаторы для переработки углекислого газа.