El cromo reemplaza los metales nobles raros y costosos

Los costosos metales nobles suelen desempeñar un papel vital a la hora de iluminar pantallas o convertir la energía solar en combustible. Ahora, los químicos de la Universidad de Basileahan conseguido sustituir estos elementos raros con un metal significativamente más barato. En cuanto a sus propiedades, los nuevos materiales son muy similares a los utilizados en el pasado.

El cromo lo conocemos en aplicaciones cotidianas, como el acero cromado en la cocina o las motocicletas cromadas. Sin embargo, pronto el elemento también podrá encontrarse en las pantallas de los omnipresentes teléfonos móviles o utilizarse para convertir la energía solar. Investigadores dirigidos por el profesor Oliver Wenger del Departamento de Química de la Universidad de Basilea han desarrollado compuestos de cromo que pueden reemplazar a los metales nobles osmio y rutenio (dos elementos casi tan raros como el oro o el platino) en materiales y catalizadores luminiscentes. En un artículo publicado en Nature Chemistry, el equipo informa que las propiedades luminiscentes de los nuevos materiales de cromo son casi tan buenas como las de algunos de los compuestos de osmio utilizados hasta ahora. Sin embargo, en comparación con el osmio, el cromo es unas 20.000 veces más abundante en la corteza terrestre y mucho más barato.

Los nuevos materiales también están demostrando ser catalizadores eficaces de reacciones fotoquímicas, incluidos procesos desencadenados por la exposición a la luz, como la fotosíntesis. Las plantas utilizan este proceso para convertir la energía de la luz solar en glucosa rica en energía y otras sustancias que sirven como combustible para procesos biológicos.

Si los nuevos compuestos de cromo se irradian con una lámpara roja, la energía de la luz se puede almacenar en moléculas que luego pueden servir como fuente de energía. “Aquí también existe la posibilidad de utilizar nuestros nuevos materiales en la fotosíntesis artificial para producir combustibles solares”, explica Wenger.

Para hacer que los átomos de cromo brillen y permitirles convertir energía, los investigadores los incorporaron en una estructura molecular orgánica compuesta de carbono, nitrógeno e hidrógeno. El equipo diseñó esta estructura orgánica para que fuera particularmente rígida, de modo que los átomos de cromo estén bien empaquetados. Este entorno hecho a medida ayuda a minimizar las pérdidas de energía debido a vibraciones moleculares no deseadas y a optimizar las propiedades luminiscentes y catalíticas. La desventaja de los nuevos materiales es que el cromo requiere una estructura más compleja que los metales nobles, por lo que será necesario seguir investigando en el futuro.

Encerrado en su rígida estructura orgánica, el cromo resulta mucho más reactivo que los metales nobles cuando se expone a la luz. Esto allana el camino para reacciones fotoquímicas que de otro modo serían difíciles de iniciar. Una posible aplicación podría ser la producción de ingredientes farmacéuticos activos.

Durante mucho tiempo, la búsqueda de materiales sostenibles y rentables sin metales nobles se centró principalmente en el hierro y el cobre. Otros grupos de investigación ya han logrado resultados prometedores con ambos elementos y en el pasado también se ha incorporado cromo a materiales luminiscentes.

Sin embargo, en muchos casos, las propiedades luminiscentes y catalíticas de estos materiales estaban muy por detrás de las de los materiales que contienen metales nobles raros y costosos, por lo que no representaban una alternativa real. Los nuevos materiales hechos de cromo se diferencian porque contienen una forma de cromo que es particularmente similar a los metales nobles, logrando así eficiencias luminiscentes y catalíticas que se acercan mucho a los materiales que contienen dichos metales.

"Por el momento, no parece claro qué metal ganará finalmente la carrera en lo que respecta a futuras aplicaciones en materiales luminiscentes y fotosíntesis artificial", afirma Wenger. “Sin embargo, lo que sí es seguro es que los doctores postdoctorales Dr. Narayan Sinha y Dra. Christina Wegeberg han logrado importantes avances juntos”.

A continuación, Wenger y su grupo de investigación pretenden desarrollar sus materiales a mayor escala para permitir pruebas más amplias de aplicaciones potenciales. Al realizar mejoras adicionales, esperan lograr una emisión de luz en diferentes colores espectrales, desde el azul hasta el verde y el rojo. También quieren optimizar aún más las propiedades catalíticas para acercarnos un paso importante a la conversión de la luz solar en energía química para el almacenamiento, como en la fotosíntesis.

- Este comunicado de prensa se publicó originalmente en el sitio web de la Universidad de Basilea.