کمپلکس مولکولی منگنز به عنوان یک سوپرفتو اکسیدان

رفتار غیر معمول “براونشتاین مولکولی”

تیم پروفسور Katja Heinze یک مجتمع منگنز محلول طراحی کرده اند که تمام نور مرئی از آبی تا قرمز را جذب می کند. در طول موج 400 تا 700 نانومتر و بخش هایی از نور مادون قرمز نزدیک تا 850 نانومتر. این جذب پانکروماتیک کمپلکس یادآور رنگ تیره Brownstein یا دی اکسید منگنز است که یک ماده معدنی طبیعی است. بر خلاف ماده معدنی Brownstein، «براونشتاین مولکولی» جدید پس از تحریک با نور مرئی یا NIR-I با طول موج 850 نانومتر، نور NIR-II با طول موج 1435 نانومتر منتشر می کند. پروفسور Katja Heinze گفت: “این یک مشاهده غیرعادی برای یک سیستم مولکولی مبتنی بر منگنز در حالت اکسیداسیون +IV آن است. حتی برای انتشار فلزات نجیب در این منطقه انرژی، اساساً بی سابقه است.”

حتی جالب‌تر فراتر از این درخشندگی NIR-II از یک سیستم مولکولی منگنز، مشاهده این است که “براونشتاین مولکولی” پس از تحریک نوری می‌تواند انواع زیرلایه‌های آلی را اکسید کند. این شامل مولکول های معطر بسیار چالش برانگیز با پتانسیل اکسیداسیون بسیار بالا مانند نفتالین، تولوئن یا بنزن است. دکتر ناتان ایست، که مجموعه جدید را آماده کرده و در طول دکترای خود در گروه پروفسور کاتیا هاینزه انجام داده است، تأکید می کند: «حتی حلال های بسیار پایدار نیز می توانند توسط سوپرفتو اکسیدان مورد حمله قرار گیرند.

مشاهده دو حالت فعال نوری به لطف طیف‌سنجی فوق سریع

تکنیک‌های طیف‌سنجی فوق سریع با استفاده از پالس‌های لیزری با تفکیک زمانی زیر پیکوثانیه، واکنش‌پذیری حالت برانگیخته غیرمعمول و دو حالت فوتواکتیو متمایز را نشان دادند: یک حالت اکسیداسیون بسیار کوتاه اما با انرژی بسیار بالا و یک حالت اکسیداسیون متوسط ​​با عمر طولانی‌تر و کم انرژی. حالت اولی می‌تواند به مولکول‌های حلالی که قبل از تحریک نوری نزدیک به کمپلکس شده‌اند، حمله کند، در حالی که حالت برانگیخته دوم به اندازه کافی برای حمله به بسترهای معطر پس از یک برخورد انتشاری وجود دارد. دکتر رابرت نائومان، دانشمند ارشد متخصص در طیف سنجی با تفکیک زمانی در گروه پروفسور کاتیا هاینز، توضیح داد: «این را خاموش کردن ایستا و پویا حالت های برانگیخته می گویند.

محاسبات شیمیایی کوانتومی برای درک فرآیندهای نوری غیر معمول

هاینز افزود: «تصویر دقیقی از فرآیندهای القا شده توسط نور زمانی پدیدار شد که ما حالت‌های برانگیخته درگیر را با محاسبات کوانتومی-شیمیایی در پرتو نتایج طیف‌سنجی مدل‌سازی کردیم.» دکتر کریستف فورستر، دانشمند ارشد گروه کاتیا هاینزه، که به شدت در تحقیقات شیمیایی کوانتومی شرکت داشت، گفت: «این محاسبات پیشرفته و زمان‌بر تنها با قدرت محاسباتی ابررایانه‌های MOGON و ELWETRITSCH در راینلند-فالتز امکان‌پذیر بود.

در آینده، دانشمندان ممکن است قادر به ایجاد واکنش‌های چالش برانگیز جدید مبتنی بر نور با استفاده از فلز رایج و فراوان منگنز باشند. این نه تنها جایگزین ترکیبات کمیاب و گران‌تر روتنیوم و ایریدیوم می‌شود که امروزه نیز رایج‌ترین استفاده‌ها هستند، بلکه حتی کلاس‌های واکنش و سوبسترا را که با ترکیبات کلاسیک در دسترس نیستند، ممکن می‌سازد. پروفسور Katja Heinze تاکید کرد: “با سیستم لیزر فوق سریع خود که به تازگی نصب شده است، قدرت محاسباتی ابررایانه های با کارایی بالا و خلاقیت و مهارت های دانشجویان دکترا، ما به تلاش های خود برای توسعه فتوشیمی پایدارتر ادامه خواهیم داد.”

تحقیقات به عنوان بخشی از برنامه اولویت دار واکنش پذیری مجتمع های فلزی کنترل شده با نور که توسط بنیاد تحقیقات آلمان تامین می شود.

نتایج این گروه در شیمی طبیعی. بنیاد تحقیقات آلمان (DFG) و مرکز فارغ التحصیلان ماکس پلانک در دانشگاه یوهانس گوتنبرگ ماینتس (MPGC) بودجه این تحقیق را تامین کردند. در سال 2018، بنیاد تحقیقات آلمان برنامه اولویت‌دار واکنش‌پذیری کنترل‌شده با نور مجتمع‌های فلزی (SPP 2102) را با هماهنگی پروفسور کاتیا هاینز با دومین دوره مالی که از سال 2022 شروع می‌شود، ایجاد کرد.

لینک های مربوطه:

بیشتر بخوانید: