Manganês substitui metais nobres e torna conversão da luz solar mais sustentável

Redação do Site Inovação Tecnológica - 10/08/2021

Pela primeira vez o manganês apresentou propriedades luminescentes e fotocatalisadoras tipicamente associadas aos metais nobres.
[Imagem: Jakob Bilger]

Manganês substitui metais nobres

Um marco na busca para produzir materiais mais sustentáveis para converter a luz solar em outras formas de energia acaba de ser alcançado por Patrick Herr e seus colegas da Universidade da Basileia, na Suíça.

Herr substituiu os raros e caros metais do grupo da platina pelo comum e barato manganês, hoje usado em grandes quantidades na indústria do aço.

A equipe desenvolveu uma nova classe de compostos com propriedades luminescentes e catalisadoras que até agora só eram encontradas em compostos contendo metais nobres.

As telas dos celulares e os catalisadores para fotossíntese artificial - para produzir combustíveis a partir da luz solar -, por exemplo, usam metais muito raros, como o índio. Já o irídio, usado nos OLEDs (diodos emissores de luz orgânicos), é mais raro do que o ouro ou a platina. O rutênio, usado em células solares, não fica atrás, sendo um dos elementos estáveis mais raros.

E, além de serem muito caros, em virtude de sua escassez, esses metais acabam se tornando tóxicos em muitos compostos.

Agora, Herr conseguiu pela primeira vez produzir complexos luminescentes de manganês nos quais a exposição à luz causa as mesmas reações que ocorrem nos compostos de rutênio ou irídio.

A vantagem de usar o manganês é que esse elemento é 900.000 vezes mais abundante na crosta terrestre do que o irídio, além de ser significativamente menos tóxico e com um preço ordens de magnitude menor.

Os compostos de manganês são muito versáteis, podendo servir das células solares aos tratamentos contra o câncer.
[Imagem: Patrick Herr et al. - 10.1038/s41557-021-00744-9]

Reações fotoinduzidas

Os primeiros complexos de manganês sintetizados pela equipe têm um desempenho abaixo daquele dos compostos de irídio em termos de eficiência luminosa.

No entanto, as reações induzidas pela luz, que são necessárias para a fotossíntese artificial, como as reações de transferência de energia e elétrons, ocorrem em alta velocidade. Isso se deve à estrutura especial dos novos complexos, que levam a uma transferência imediata da carga do manganês em direção aos seus parceiros de ligação direta tão logo ocorre a excitação com a luz.

Este princípio já é usado em alguns tipos de células solares, mas ainda operando principalmente em compostos de metais nobres e, mais recentemente, em complexos à base de cobre.

A equipe agora planeja melhorar as propriedades luminescentes dos complexos de manganês e ancorá-los em materiais semicondutores adequados para uso em células solares. Outras melhorias possíveis incluem variantes dos complexos de manganês que sejam solúveis em água, que poderiam ser usados no lugar de compostos de rutênio ou irídio na terapia fotodinâmica usada para tratar o câncer.

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