科學家在普通金屬中發現了隱藏的力量

美因茨約翰內斯古騰堡大學 (JGU) 的研究人員現已創造出一種由錳製成的新型金屬絡合物，錳是一種廣泛使用且廉價的元素。 JGU 化學系教授 Katja Heinze 解釋說：“這種金屬絡合物在光化學領域樹立了新標準：它將破紀錄的激發態與簡單的合成結合在一起。” “因此，它為長期以來主導輕化學的貴金屬配合物提供了一種強大而耐用的替代品。”研究最近出現在今年 自然通訊。

通往高性能錳絡合物的一步路線

錳在地球上的含量是釕的 100,000 倍，但很少成功地用於光化學系統。他們克服了兩個主要障礙：大多數錳配合物需要九到十個步驟的漫長而復雜的合成，並且通常具有非常短的激發態壽命。

“新開發的錳絡合物克服了這兩個挑戰，”進行初步合成的海因策小組前博士後研究員 Nathan East 博士說。該團隊直接利用市售成分通過一步合成方法創建了這種材料。

為了微調複合物的行為，研究人員將錳與調節其電子特性的配體結合起來。馬克斯·普朗克研究生中心（MPGC）海因策小組的博士生桑德拉·克羅伯格（Sandra Kronenberger）研究了這種配合物，她表示，將無色錳鹽與無色配體混合，產生了一種出乎意料的鮮豔紫色溶液，類似於墨水。他表示，這種引人注目的顏色表明該建築群的形成方式不尋常。

進行量子化學計算的克里斯托夫·福斯特（Christoph Förster）博士強調，這個複合體的意義遠不止其不尋常的外觀。它吸收光的能力非常高，這使得它捕獲入射光粒子的機會非常高。因此，它能夠以極高的效率利用光能。

激發態行為的記錄設置

“該絡合物的壽命為 190 納秒，也很引人注目。它比以前已知的鐵或錳等常見金屬絡合物長兩個數量級，”利用發光光譜研究激發態行為的領先光譜學家 Robert Naumann 博士說。在光化學中，光為催化劑提供能量，激發的催化劑必須通過擴散遇到另一個分子才能通過電子。由於這種接觸可以持續幾納秒，因此長壽命的激發態至關重要。

研究人員還證實該複合體邁出了這一關鍵步驟。海因策教授說：“我們能夠檢測到光反應的初始產物——發生的電子轉移——通過這種方式，我們證明了複合物會按照預期發生反應。”

可擴展的清潔能源光化學的潛力

這一進展為可持續光化學系統開闢了可能性。錳基材料具有簡單且可擴展的合成、強光吸收、穩定的光物理性質和長壽命的激發態，可支持未來的大規模光化學應用。這些能力對於與可持續制氫相關的技術來說可能特別有前途。