Peneliti di Johannes Gutenberg University Mainz telah menciptakan kompleks logam berbasis mangan baru yang menjanjikan transformasi reaksi kimia yang digerakkan cahaya. Terobosan ini menggantikan logam mulia langka dengan mangan yang melimpah, menawarkan sintesis sederhana dan efisiensi luar biasa. Umur hidup keadaan tereksitasi kompleks yang panjang dapat memungkinkan aplikasi berkelanjutan seperti produksi hidrogen.
Reaksi kimia secara tradisional bergantung pada panas, tetapi fotokimia menggunakan cahaya untuk kontrol yang presisi. Namun, banyak proses yang digerakkan cahaya bergantung pada elemen langka dan mahal seperti ruthenium, osmium, dan iridium, yang menimbulkan tantangan lingkungan karena penambangan.
Tim yang dipimpin Profesor Katja Heinze di Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) telah mengembangkan kompleks mangan yang mengatasi masalah ini. Mangan lebih melimpah di Bumi lebih dari 100.000 kali dibandingkan ruthenium, menjadikannya alternatif praktis. "Kompleks logam ini menetapkan standar baru dalam fotokimia: menggabungkan umur hidup keadaan tereksitasi pemecah rekor dengan sintesis sederhana," kata Heinze. "Dengan demikian, menawarkan alternatif kuat dan berkelanjutan untuk kompleks logam mulia yang telah lama mendominasi kimia yang digerakkan cahaya."
Kompleks ini disintesis dalam satu langkah dari bahan yang tersedia secara komersial, mengatasi hambatan sebelumnya dari proses sembilan atau sepuluh langkah dan durasi keadaan tereksitasi pendek pada sistem mangan. Dr. Nathan East, yang melakukan sintesis awal, mencatat, "Kompleks mangan yang baru dikembangkan mengatasi kedua tantangan tersebut." Menggabungkan mangan dengan ligand yang dirancang khusus menghasilkan larutan ungu intens, menandakan pembentukan unik.
Kompleks ini unggul dalam penyerapan cahaya, menangkap foton dengan efisiensi tinggi. Umur hidup keadaan tereksitasinya mencapai 190 nanodetik—dua orde magnitudo lebih panjang daripada kompleks logam umum sebelumnya seperti yang dengan besi atau mangan. Dr. Robert Naumann, yang menganalisisnya melalui spektroskopi luminesensi, menjelaskan, "Umur hidup kompleks sebesar 190 nanodetik juga luar biasa." Durasi ini memungkinkan waktu yang cukup bagi katalis tereksitasi untuk mentransfer elektron melalui difusi.
Para peneliti mengonfirmasi fungsionalitas dengan mendeteksi produk awal reaksi fotokimia. "Kami berhasil mendeteksi produk awal reaksi fotokimia—transfer elektron yang terjadi—dan dengan demikian membuktikan bahwa kompleks bereaksi seperti yang diinginkan," tambah Heinze. Diterbitkan di Nature Communications (2025, volume 16, isu 1), karya ini membuka jalan bagi teknologi fotokimia yang dapat diskalakan, berpotensi memajukan produksi hidrogen berkelanjutan.