クロムは希少で高価な貴金属を代替します

高価な貴金属は、スクリーンの照明や太陽エネルギーの燃料への変換に重要な役割を果たすことがよくあります。 さて、バーゼル大学の化学者たちは、これらの希少元素を置き換えることに成功しましたかなり安価な金属を使用しています。 特性の点では、新しい材料は過去に使用されていたものと非常に似ています。

私たちは、キッチンのクロム鋼やクロムメッキのオートバイなど、日常的な用途でクロムに精通しています。 しかし、間もなく、この元素はどこにでもある携帯電話の画面に組み込まれたり、太陽エネルギーの変換に使用されたりする可能性があります。 バーゼル大学化学科のオリバー・ウェンガー教授率いる研究者らは、発光材料や触媒において、貴金属であるオスミウムとルテニウム（金やプラチナとほぼ同じくらい希少な2つの元素）を置き換えることができるクロム化合物を開発した。 Nature Chemistryに寄稿した研究チームは、新しいクロム材料の発光特性は、これまでに使用されてきたオスミウム化合物の一部とほぼ同等であると報告している。 しかし、オスミウムと比較すると、クロムは地殻中に約 20,000 倍豊富に存在し、しかもはるかに安価です。

新しい材料は、光合成などの光への曝露によって引き起こされるプロセスを含む、光化学反応の効率的な触媒であることも証明されています。 植物はこのプロセスを使用して、太陽光からのエネルギーを、生物学的プロセスの燃料として機能するエネルギー豊富なグルコースやその他の物質に変換します。

新しいクロム化合物に赤色ランプを照射すると、その光のエネルギーが分子に蓄えられ、それが電源として機能する。 「ここでは、太陽燃料を生産するための人工光合成に私たちの新しい材料を使用する可能性もあります」とウェンガー氏は説明します。

クロム原子を輝かせ、エネルギーを変換できるようにするために、研究者らはクロム原子を炭素、窒素、水素からなる有機分子骨格に組み込んだ。 研究チームは、クロム原子がうまくパッケージングされるように、この有機フレームワークを特に堅くなるように設計しました。 このカスタマイズされた環境は、望ましくない分子振動によるエネルギー損失を最小限に抑え、発光特性と触媒特性を最適化するのに役立ちます。 新しい材料の欠点は、クロムが貴金属よりも複雑なフレームワークを必要とすることであり、そのため将来的にはさらなる研究が必要になるでしょう。

硬い有機骨格に包まれたクロムは、光にさらされると貴金属よりもはるかに反応性が高いことがわかります。 これにより、他の方法では開始するのが困難な光化学反応への道が開かれます。 潜在的な用途は、医薬品有効成分の製造にある可能性があります。

長い間、貴金属を含まない持続可能でコスト効率の高い材料の探索は、主に鉄と銅に焦点を当てていました。 他の研究グループはこれらの元素の両方についてすでに有望な結果を達成しており、過去にはクロムも発光材料に組み込まれていました。

しかし、多くの場合、これらの材料の発光特性や触媒特性は、希少で高価な貴金属を含む材料に比べてはるかに遅れており、真の代替品にはなりませんでした。 クロムで作られた新しい材料は、貴金属に特に類似した形態のクロムを含んでいるという点で異なり、それにより、そのような金属を含む材料に非常に近い発光効率と触媒効率を達成します。

「現時点では、発光材料や人工光合成における将来の応用に関して、どの金属が最終的に競争に勝つかは不明のようです」とウェンガー氏は言う。 「しかし確かなことは、ポスドクのナラヤン・シンハ博士とクリスティーナ・ウェゲバーグ博士が協力して重要な進歩を遂げたということです。」

次に、ウェンガー氏と彼の研究グループは、潜在的な用途のより広範なテストを可能にするために、より大規模な材料を開発することを目指しています。 さらに改良を加えることで、青から緑、赤までさまざまなスペクトル色の発光を実現したいと考えている。 彼らはまた、光合成のように太陽光を貯蔵用の化学エネルギーに変換することに大きく近づくために、触媒特性をさらに最適化したいと考えています。