O cromo substitui metais nobres raros e caros

Metais nobres caros muitas vezes desempenham um papel vital na iluminação de telas ou na conversão de energia solar em combustíveis. Agora, químicos da Universidade de Basileiaconseguiram substituir estes elementos raros com um metal significativamente mais barato. Em termos de propriedades, os novos materiais são muito semelhantes aos utilizados no passado.

Estamos familiarizados com o cromo em aplicações cotidianas, como aço cromado na cozinha ou motocicletas cromadas. Em breve, porém, o elemento também poderá ser encontrado nas telas de celulares onipresentes ou usado para converter energia solar. Pesquisadores liderados pelo professor Oliver Wenger, do Departamento de Química da Universidade de Basileia, 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 na Nature Chemistry, 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, contudo, o crómio é cerca de 20.000 vezes mais abundante na crosta terrestre – e muito mais barato.

Os novos materiais também estão provando ser 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 potencial para usar nossos novos materiais na fotossíntese artificial para produzir combustíveis solares”, explica Wenger.

Para fazer os átomos de cromo brilharem e permitir-lhes converter energia, os pesquisadores os construíram em uma estrutura molecular orgânica que consiste em carbono, nitrogênio e hidrogênio. A equipe projetou esta estrutura orgânica para ser particularmente rígida, de modo que os átomos de cromo fiquem bem embalados. 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 crómio requer uma estrutura mais complexa do que os metais nobres – e, portanto, serão necessárias mais pesquisas no futuro.

Envolvido na sua estrutura orgânica rígida, o crómio revela-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.

Durante muito tempo, a busca por materiais sustentáveis ​​e econômicos, sem metais nobres, concentrou-se principalmente no ferro e no cobre. Outros grupos de pesquisa já alcançaram resultados promissores com ambos os elementos, e o cromo também foi incorporado em materiais luminescentes no passado.

Em muitos casos, no entanto, as propriedades luminescentes e catalíticas destes materiais ficaram muito atrás das dos materiais que contêm metais nobres raros e caros – falhando, portanto, em representar 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 tais metais.

“No momento, não parece claro qual metal vencerá a corrida quando se trata de futuras aplicações em materiais luminescentes e na fotossíntese artificial”, diz Wenger. “O que é certo, porém, é que os pós-doutorandos Dr. Narayan Sinha e Dra. Christina Wegeberg fizeram progressos importantes juntos.”

Em seguida, Wenger e seu grupo de pesquisa pretendem desenvolver seus materiais em maior escala para permitir testes mais amplos de aplicações potenciais. Ao fazer melhorias adicionais, eles esperam obter 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 aproximarmos mais da conversão da luz solar em energia química para armazenamento – como na fotossíntese.