Des chercheurs de l'université Johannes Gutenberg de Mayence ont créé un nouveau complexe métallique à base de manganèse qui promet de transformer les réactions chimiques pilotées par la lumière. Cette avancée remplace les métaux nobles rares par du manganèse abondant, offrant une synthèse simple et une efficacité exceptionnelle. La longue durée de vie de l'état excité du complexe pourrait permettre des applications durables comme la production d'hydrogène.
Les réactions chimiques dépendent traditionnellement de la chaleur, mais la photochimie utilise la lumière pour un contrôle précis. Cependant, de nombreux processus pilotés par la lumière ont reposé sur des éléments rares et coûteux comme le ruthénium, l'osmium et l'iridium, qui posent des défis environnementaux en raison de l'extraction minière.
Une équipe dirigée par la professeure Katja Heinze à l'université Johannes Gutenberg de Mayence (JGU) a développé un complexe de manganèse qui résout ces problèmes. Le manganèse est plus de 100 000 fois plus abondant sur Terre que le ruthénium, ce qui en fait une alternative pratique. « Ce complexe métallique établit une nouvelle référence en photochimie : il combine une durée de vie de l'état excité record avec une synthèse simple », a déclaré Heinze. « Il offre ainsi une alternative puissante et durable aux complexes de métaux nobles qui ont longtemps dominé la chimie pilotée par la lumière. »
Le complexe est synthétisé en une seule étape à partir d'ingrédients disponibles commercialement, surmontant les obstacles précédents de processus en neuf ou dix étapes et de durées courtes de l'état excité dans les systèmes de manganèse. Le Dr Nathan East, qui a réalisé la synthèse initiale, a noté : « Le nouveau complexe de manganèse développé surmonte les deux défis. » Combiner le manganèse avec un ligand spécialement conçu produit une solution violette intense, indiquant une formation unique.
Le complexe excelle dans l'absorption de la lumière, capturant les photons avec une haute efficacité. Sa durée de vie de l'état excité atteint 190 nanosecondes — deux ordres de grandeur plus longue que les complexes de métaux courants antérieurs comme ceux au fer ou au manganèse. Le Dr Robert Naumann, qui l'a analysé par spectroscopie de luminescence, a expliqué : « La durée de vie du complexe de 190 nanosecondes est également remarquable. » Cette durée permet un temps suffisant pour que le catalyseur excité transfère des électrons par diffusion.
Les chercheurs ont confirmé la fonctionnalité en détectant le produit initial de la réaction photochimique. « Nous avons pu détecter le produit initial de la réaction photochimique — le transfert d'électrons qui s'est produit — et ainsi prouver que le complexe réagit comme désiré », a ajouté Heinze. Publié dans Nature Communications (2025, volume 16, numéro 1), ce travail pave la voie à des technologies photochimiques à grande échelle, favorisant potentiellement la production durable d'hydrogène.