Ein Forschungsteam der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) hat einen Mangan(I)-Komplex synthetisiert, der eine besonders lange Lebensdauer im angeregten Zustand aufweist. Damit eröffnet sich eine nachhaltige Alternative zu Edelmetallkomplexen in der Photochemie.
Während Ruthenium, Iridium und Osmium bislang als Standardmetalle für photochemische Anwendungen galten, nutzt der neue Komplex das wesentlich günstigere und häufiger vorkommende Mangan. „Dieser Metallkomplex kombiniert eine rekordverdächtige Lebensdauer des angeregten Zustands mit einfacher Synthese“, erklärt Prof. Dr. Katja Heinze vom Department Chemie der JGU. „Damit bietet er eine leistungsstarke und nachhaltige Alternative zu den Edelmetallkomplexen, die die lichtgetriebene Chemie lange Zeit dominiert haben.“
Photochemie mit Mangan
Mangan ist auf der Erde über 100.000-mal häufiger als Ruthenium, wurde aber bislang kaum in der Photochemie eingesetzt. Der Grund lag in der komplexen, mehrstufigen Synthese sowie in der kurzen Lebensdauer des angeregten Zustands. Der neue Komplex meistert beide Herausforderungen. „Das neue Material wird direkt aus kommerziell erhältlichen Ausgangsstoffen in nur einem einzigen Syntheseschritt erzeugt“, berichtet Dr. Nathan East, der die ursprüngliche Synthese als Doktorand durchführte.
Die ungewöhnliche violette Farbe des Komplexes in Lösung ließ früh auf besondere Eigenschaften schließen. „Die Kombination eines farblosen Mangan-Salzes und des farblosen Liganden in Lösung erzeugt sofort eine tiefviolette Farbe – genau wie Tinte. Das ist eine sehr ungewöhnliche Farbe für einen Mangankomplex, die uns zeigte, dass etwas Einzigartiges passierte“, so Sandra Kronenberger, Doktorandin im Max Planck Graduate Center (MPGC).
Lichtabsorption und Reaktionsfähigkeit
Neben der einfachen Herstellung überzeugt der Komplex durch eine starke Lichtaufnahme. „Seine Lichtabsorption ist außergewöhnlich stark, die Wahrscheinlichkeit, dass er ein Lichtteilchen einfängt, also sehr hoch – der Komplex nutzt das Licht sehr effizient“, erklärt Dr. Christoph Förster, der das Projekt mit quantenchemischen Methoden unterstützte.
Die Lebensdauer des angeregten Zustands liegt bei über 190 Nanosekunden. „Dies ist zwei Größenordnungen länger als bei allen bisher bekannten Komplexen, die häufige Metalle wie Eisen oder Mangan enthalten“, sagt Dr. Robert Naumann, der die dynamischen Prozesse mithilfe von Lumineszenzspektroskopie untersuchte.
Ein zentrales Ziel war der Nachweis des Elektronentransfers. „Wir konnten das initiale Produkt der Photoreaktion detektieren – also den erfolgten Elektronentransfer – und damit beweisen, dass der Komplex wie gewünscht reagiert“, so Prof. Dr. Katja Heinze.
Das neue Material verbindet nachhaltige Synthese, stabile photophysikalische Eigenschaften und eine lange Lebensdauer. Damit bietet es eine Basis für den Einsatz in großtechnischen Anwendungen der Photochemie – etwa bei der Herstellung von grünem Wasserstoff.
Originalpublikation: S. Kronenberger et al., A manganese(I) complex with a 190 ns metal-to-ligand charge transfer lifetime, Nature Communications 16: 7850, 22. August 2025,DOI: 10.1038/s41467-025-63225-4