マインツのヨハネス・グーテンベルク大学研究者が、光駆動化学反応を変革する有望な新しいマンガン系金属錯体を開発した。この画期的な成果は、希少な貴金属を豊富なマンガンで置き換え、簡単な合成と卓越した効率を提供する。錯体の長い励起状態寿命は、水素生産などの持続可能な応用を可能にする可能性がある。
化学反応は伝統的に熱に依存するが、光化学は光を用いて精密な制御を行う。しかし、多くの光駆動プロセスは、ルテニウム、オスミウム、イリジウムなどの希少で高価な元素に依存しており、鉱山採掘による環境課題を引き起こしている。
マインツのヨハネス・グーテンベルク大学（JGU）のカットヤ・ハインゼ教授率いるチームは、これらの問題に対処するマンガン錯体を開発した。マンガンは地球上でルテニウムの10万倍以上豊富で、実用的な代替となる。「この金属錯体は光化学の新基準を設定する：記録的な励起状態寿命と簡単な合成を組み合わせている」とハインゼ氏は述べた。「これにより、光駆動化学を長年支配してきた貴金属錯体に対する強力で持続可能な代替を提供する。」
この錯体は市販の原料から1段階で合成され、以前のマンガン系における9～10段階のプロセスや短い励起状態寿命という障害を克服した。初期合成を行ったネイサン・イースト博士は、「新開発のマンガン錯体は両方の課題を克服した」と指摘した。マンガンを特殊設計のリガンドと組み合わせると、独特の形成を示す濃紫色の溶液が得られる。
この錯体は光吸収に優れ、高効率で光子を捕捉する。その励起状態寿命は190ナノ秒に達し、鉄やマンガンなどの従来の常用金属錯体より2桁長い。ルミネッセンス分光法で分析したロバート・ナウマン博士は、「錯体の寿命190ナノ秒も注目に値する」と説明した。この持続時間は、励起触媒が拡散により電子を転移するのに十分な時間を許容する。
研究者らは、光反応の初期生成物を検出することで機能を検証した。「光反応の初期生成物——発生した電子転移——を検出し、錯体が望む通りに反応することを証明できた」とハインゼ氏は付け加えた。Nature Communications（2025年、巻16、issue 1）に掲載されたこの研究は、スケーラブルな光化学技術への道を開き、持続可能な水素生産を推進する可能性がある。