Forskare vid Johannes Gutenberg University Mainz har skapat ett nytt manganbaserat metallkomplex som lovar att revolutionera ljusdrivna kemiska reaktioner. Detta genombrott ersätter sällsynta ädelmetaller med rikligt mangan och erbjuder enkel syntes och exceptionell effektivitet. Komplexets långa livslängd i upphetsat tillstånd kan möjliggöra hållbara tillämpningar som vätgasproduktion.
Kemiska reaktioner bygger traditionellt på värme, men fotokemi använder ljus för exakt kontroll. Många ljusdrivna processer har dock använt sällsynta och dyra element som rutenium, osmium och iridium, vilka skapar miljöutmaningar på grund av brytning.
Ett team ledd av professor Katja Heinze vid Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) har utvecklat ett mangankomplex som löser dessa problem. Mangan är över 100 000 gånger vanligare på jorden än rutenium, vilket gör det till ett praktiskt alternativ. "Detta metallkomplex sätter en ny standard inom fotokemi: det kombinerar en rekordlång livslängd i upphetsat tillstånd med enkel syntes", säger Heinze. "Det erbjuder därmed ett kraftfullt och hållbart alternativ till ädelmetallkomplexen som länge dominerat ljusdriven kemi."
Komplexet syntetiseras i en enda steg från kommersiellt tillgängliga ingredienser och övervinner tidigare hinder med nio eller tio stegs processer och korta upphetsade tillstånd i mangansystem. Dr. Nathan East, som utförde den initiala syntesen, noterade: "Det nyutvecklade mangankomplexet övervinner båda utmaningarna." Att kombinera mangan med en specialdesignad ligand ger en intensivt lila lösning, vilket indikerar unik bildning.
Komplexet utmärker sig i ljusabsorption och fångar fotoner med hög effektivitet. Dess livslängd i upphetsat tillstånd når 190 nanosekunder — två storleksordningar längre än tidigare vanligmetallkomplex som de med järn eller mangan. Dr. Robert Naumann, som analyserade det med luminescensspektroskopi, förklarade: "Komplexets livslängd på 190 nanosekunder är också anmärkningsvärd." Denna duration ger tillräckligt med tid för den upphetsade katalysatorn att överföra elektroner via diffusion.
Forskare bekräftade funktionaliteten genom att detektera fotoreaktionens initiala produkt. "Vi kunde detektera fotoreaktionens initiala produkt — den elektronöverföring som skedde — och därmed bevisa att komplexet reagerar som önskat", tillade Heinze. Publicerat i Nature Communications (2025, volym 16, nummer 1), banar detta arbete väg för skalbara fotokemiska teknologier och potentiellt framsteg inom hållbar vätgasproduktion.