Ученые создали рекордный марганцевый комплекс для замены редких металлов в фотокатализе

Химические реакции, управляемые светом (фотохимия), обычно требуют использования дорогих и редких металлов — рутения, осмия или иридия. Исследователи из Университета Иоганнеса Гутенберга в Майнце создали комплекс на основе марганца, который бьет рекорды и предлагает устойчивую альтернативу.

«Этот металлокомплекс устанавливает новый стандарт в фотохимии: он сочетает рекордное время жизни возбужденного состояния с простым синтезом», — пояснила профессор Катя Хайнце. Исследование опубликовано в Nature Communications.

Марганец в 100 000 раз более распространен на Земле, чем рутений, но ранее его применение в фотохимии ограничивали сложный многостадийный синтез и короткое время жизни возбужденного состояния. Новый комплекс преодолевает обе проблемы — его синтезируют в один шаг из коммерчески доступных компонентов.

При смешивании бесцветной соли марганца с бесцветным лигандом получается интенсивный фиолетовый раствор, похожий на чернила. Комплекс демонстрирует исключительно сильное поглощение света и рекордное время жизни возбужденного состояния — 190 наносекунд, что в 100 раз дольше, чем у известных комплексов на основе железа или марганца.

Длительное возбужденное состояние критически важно для фотохимии, так как позволяет катализатору успеть встретиться с другой молекулой и передать ей электрон. Исследователи подтвердили, что комплекс успешно выполняет эту ключевую стадию фотореакции.

Благодаря простому и масштабируемому синтезу, сильному поглощению света и стабильным фотophysical характеристикам, новый материал открывает перспективы для крупномасштабных применений, включая технологии устойчивого производства водорода.