باحثون في جامعة يوهانس غوتنبرغ ماينتس أنشأوا مجمعًا معدنيًا جديدًا قائمًا على المنغنيز يعد بتحويل التفاعلات الكيميائية المدفوعة بالضوء. يحل هذا الاختراق محل المعادن النبيلة النادرة بالمنغنيز الوفير، مقدمًا تركيبًا بسيطًا وكفاءة استثنائية. يمكن أن يتيح عمر الحالة المنبثقة الطويل للمجمع تطبيقات مستدامة مثل إنتاج الهيدروجين.
تعتمد التفاعلات الكيميائية تقليديًا على الحرارة، لكن الفوتوكيمياء تستخدم الضوء للتحكم الدقيق. ومع ذلك، اعتمدت العديد من العمليات المدفوعة بالضوء على عناصر نادرة وباهظة الثمن مثل الروثينيوم والأوزميوم والإيريديوم، والتي تشكل تحديات بيئية بسبب التعدين.
قاد فريق بقيادة البروفيسور كاتيا هاينزي في جامعة يوهانس غوتنبرغ ماينتس (JGU) تطوير مجمع منغنيز يعالج هذه المشكلات. المنغنيز أكثر وفرة على الأرض بأكثر من 100,000 مرة من الروثينيوم، مما يجعله بديلاً عمليًا. "يضع هذا المجمع المعدني معيارًا جديدًا في الفوتوكيمياء: يجمع بين عمر حالة منبثقة قياسي مع تركيب بسيط"، قالت هاينزي. "ويوفر بذلك بديلاً قويًا ومستدامًا لمجمعات المعادن النبيلة التي هيمنت طويلاً على الكيمياء المدفوعة بالضوء".
يتم تركيب المجمع في خطوة واحدة من مكونات متوفرة تجاريًا، متغلبًا على العقبات السابقة لعمليات تسع أو عشر خطوات ومدد قصيرة للحالة المنبثقة في أنظمة المنغنيز. الدكتور ناثان إيست، الذي قام بالتركيب الأولي، لاحظ: "يتغلب المجمع المنغنيزي الجديد المطور على كلا التحديين". دمج المنغنيز مع رابط عضوي مصمم خصيصًا ينتج محلولًا أرجوانيًا شديد الكثافة، مشيرًا إلى تشكيل فريد.
يتميز المجمع بامتصاص الضوء، حيث يلتقط الفوتونات بكفاءة عالية. يصل عمر الحالة المنبثقة إلى 190 نانوثانية —أطول بمقدار درجتين عشريتين من مجمعات المعادن الشائعة السابقة مثل تلك بالحديد أو المنغنيز. الدكتور روبرت ناومان، الذي حلله عبر مطيافية الإضاءة، شرح: "عمر المجمع البالغ 190 نانوثانية أيضًا لافت للنظر". تسمح هذه المدة بوقت كافٍ لنقل الإلكترونات من المحفز المنبثق عبر الانتشار.
أكد الباحثون الوظيفية باكتشاف المنتج الأولي للتفاعل الفوتوكيميائي. "تمكنا من اكتشاف المنتج الأولي للتفاعل الفوتوكيميائي —نقل الإلكترون الذي حدث— وبالتالي إثبات أن المجمع يتفاعل كما هو مرغوب"، أضافت هاينزي. نشر في Nature Communications (2025، المجلد 16، العدد 1)، يمهد هذا العمل الطريق لتقنيات فوتوكيميائية قابلة للتوسع، محتملًا تطوير إنتاج الهيدروجين المستدام.