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Metais nobres caros geralmente desempenham um papel vital na iluminação de telas ou na conversão de energia solar em combustíveis. Agora, os químicos da Universidade de Basel conseguiram substituir esses elementos raros por um metal significativamente mais barato. Em termos de propriedades, os novos materiais são muito semelhantes aos usados no passado.
Estamos familiarizados com o cromo de aplicações diárias, como aço cromado na cozinha ou motocicletas cromadas. Em breve, porém, o elemento também poderá ser encontrado nas telas dos celulares onipresentes ou usado para converter energia solar. Pesquisadores liderados pelo professor Oliver Wenger, do Departamento de Química da Universidade de Basel, desenvolveram compostos de cromo que podem substituir os metais nobres ósmio e rutênio – dois elementos quase tão raros quanto ouro ou platina – em materiais luminescentes e catalisadores. Escrevendo em Química da Natureza, a equipe relata que as propriedades luminescentes dos novos materiais de cromo são quase tão boas quanto alguns dos compostos de ósmio usados até agora. Em relação ao ósmio, no entanto, o cromo é cerca de 20.000 vezes mais abundante na crosta terrestre – e muito mais barato.
Os novos materiais também estão se mostrando catalisadores eficientes para reações fotoquímicas, incluindo processos desencadeados pela exposição à luz, como a fotossíntese. As plantas usam esse processo para converter a energia da luz solar em glicose rica em energia e outras substâncias que servem como combustível para processos biológicos.
Se os novos compostos de cromo forem irradiados com uma lâmpada vermelha, a energia da luz pode ser armazenada em moléculas que podem servir como fonte de energia. “Aqui também existe o potencial de usar nossos novos materiais na fotossíntese artificial para produzir combustíveis solares”, explica Wenger.
Embalagens sob medida para cromo
Para fazer os átomos de cromo brilharem e permitir que convertam energia, os pesquisadores os construíram em uma estrutura molecular orgânica composta por carbono, nitrogênio e hidrogênio. A equipe projetou essa estrutura orgânica para ser particularmente rígida, de modo que os átomos de cromo fiquem bem empacotados. Este ambiente feito sob medida ajuda a minimizar as perdas de energia devido a vibrações moleculares indesejadas e a otimizar as propriedades luminescentes e catalíticas. A desvantagem dos novos materiais é que o cromo requer uma estrutura mais complexa do que os metais nobres – e, portanto, mais pesquisas serão necessárias no futuro.
Envolto em sua estrutura orgânica rígida, o cromo mostra-se muito mais reativo do que os metais nobres quando exposto à luz. Isso abre caminho para reações fotoquímicas que, de outra forma, seriam difíceis de iniciar. Uma aplicação potencial poderia ser na produção de ingredientes farmacêuticos ativos.
Concorrência com outras alternativas
Por muito tempo, a busca por materiais sustentáveis e econômicos sem metais nobres se concentrou principalmente no ferro e no cobre. Outros grupos de pesquisa já alcançaram resultados promissores com esses dois elementos, e o cromo também foi incorporado a materiais luminescentes no passado.
Em muitos casos, no entanto, as propriedades luminescentes e catalíticas desses materiais ficaram muito atrás das dos materiais contendo metais nobres raros e caros – portanto, não representando uma alternativa real. Os novos materiais feitos de cromo são diferentes porque contêm uma forma de cromo que é particularmente semelhante aos metais nobres, alcançando assim eficiências luminescentes e catalíticas que se aproximam muito dos materiais que contêm esses metais.
“No momento, parece incerto qual metal acabará por vencer a corrida quando se trata de aplicações futuras em materiais luminescentes e fotossíntese artificial”, diz Wenger. “O que é certo, no entanto, é que os pós-doutorandos Dr. Narayan Sinha e Dra. Christina Wegeberg fizeram importantes progressos juntos.”
Em seguida, Wenger e seu grupo de pesquisa pretendem desenvolver seus materiais em uma escala maior para permitir testes mais amplos de aplicações potenciais. Ao fazer melhorias adicionais, eles esperam alcançar a emissão de luz em diferentes cores espectrais, do azul ao verde e ao vermelho. Eles também querem otimizar ainda mais as propriedades catalíticas, a fim de nos aproximar um passo importante para converter a luz solar em energia química para armazenamento – como na fotossíntese.
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