Skupi plemeniti metali često igraju vitalnu ulogu u osvetljavanju ekrana ili pretvaranju sunčeve energije u goriva. Sada su hemičari sa Univerziteta u Bazelu uspeli da zamene ove retke elemente znatno jeftinijim metalom. Po svojim svojstvima, novi materijali su veoma slični onima koji su korišćeni u prošlosti.
Upoznati smo sa hromom iz svakodnevnih aplikacija kao što su hromirani čelik u kuhinji ili hromirani motocikli. Uskoro će se, međutim, ovaj element takođe naći na ekranima sveprisutnih mobilnih telefona ili koristiti za pretvaranje sunčeve energije.
Istraživači predvođeni profesorom Oliverom Vengerom sa Odeljenja za hemiju Univerziteta u Bazelu razvili su jedinjenja hroma koja mogu zameniti plemenite metale osmijum i rutenijum – dva elementa koja su skoro retka kao zlato ili platina – u luminiscentnim materijalima i katalizatorima.
Pišući u Nature Chemistri, tim izveštava da su luminescentna svojstva novih materijala hroma skoro ista kao i neka od jedinjenja osmijuma koja su do sada korišćena. Međutim, u odnosu na osmijum, hroma je oko 20.000 puta više u zemljinoj kori — i mnogo je jeftinije.
Novi materijali se takođe pokazuju kao efikasni katalizatori fotohemijskih reakcija, uključujući procese koji se pokreću izlaganjem svetlosti, kao što je fotosinteza. Biljke koriste ovaj proces za pretvaranje energije iz sunčeve svetlosti u glukozu bogatu energijom i druge supstance koje služe kao gorivo za biološke procese.
Ako se nova jedinjenja hroma ozrače crvenom lampom, energija svetlosti se može uskladištiti u molekulima koji onda mogu poslužiti kao izvor energije. „Ovde postoji i potencijal da se naši novi materijali koriste u veštačkoj fotosintezi za proizvodnju solarnih goriva“, objašnjava Venger.
Da bi atomi hroma sijali i omogućili im da pretvore energiju, istraživači su ih ugradili u organski molekularni okvir koji se sastoji od ugljenika, azota i vodonika.
Tim je dizajnirao ovaj organski okvir da bude posebno čvrst, tako da su atomi hroma dobro upakovani. Ovo prilagođeno okruženje pomaže da se minimiziraju gubici energije usled neželjenih molekularnih vibracija i da se optimizuju luminiscentna i katalitička svojstva. Nedostatak novih materijala je taj što hrom zahteva složeniji okvir od plemenitih metala — i stoga će biti potrebna dalja istraživanja u budućnosti.
Zatvoren u svoj čvrsti organski okvir, hrom se pokazuje da je mnogo reaktivniji od plemenitih metala kada je izložen svetlosti. Ovo otvara put fotohemijskim reakcijama koje je inače teško pokrenuti. Potencijalna primena bi mogla biti u proizvodnji aktivnih farmaceutskih sastojaka.
Dugo vremena se potraga za održivim i isplativim materijalima bez plemenitih metala fokusirala prvenstveno na gvožđe i bakar. Druge istraživačke grupe su već postigle obećavajuće rezultate sa oba ova elementa, a hrom je takođe bio ugrađen u luminiscentne materijale u prošlosti.
U mnogim slučajevima, međutim, luminiscentna i katalitička svojstva ovih materijala daleko su zaostajala za materijalima koji sadrže retke i skupe plemenite metale – stoga ne predstavljaju pravu alternativu. Novi materijali napravljeni od hroma su drugačiji jer sadrže oblik hroma koji je posebno sličan plemenitim metalima, čime se postiže luminescentna i katalitička efikasnost koja je veoma bliska materijalima koji sadrže takve metale.
„U ovom trenutku, čini se nejasnim koji će metal na kraju pobediti u trci kada je reč o budućim primenama u luminiscentnim materijalima i veštačkoj fotosintezi“, kaže Venger. „Ono što je sigurno, međutim, jeste da su postdoktori dr Narajan Sinha i dr Kristina Vegeberg zajedno postigli važan napredak.
Zatim, Venger i njegova istraživačka grupa imaju za cilj da razviju svoje materijale u većem obimu kako bi omogućili šire testiranje potencijalnih aplikacija. Uz dodatna poboljšanja, oni se nadaju da će postići emisiju svetlosti u različitim spektralnim bojama od plave preko zelene do crvene. Oni takođe žele da dodatno optimizuju katalitička svojstva kako bi nam približili veliki korak ka pretvaranju sunčeve svetlosti u hemijsku energiju za skladištenje – kao u fotosintezi.
