Con Halloween finito, le decorazioni spettrali vengono ora sostituite da ornamenti a tema natalizio, molti dei quali si illuminano al buio. questo bagliore, chiamata luminescenza, è prodotto da reazioni chimiche e biochimiche o quando gli elettroni in un materiale sono eccitati a stati di energia più elevati dopo l'esposizione alla luce. La luminescenza di quest'ultimo tipo è chiamata fotoluminescenza ed è ampiamente utilizzata nella microscopia a fluorescenza e nello sviluppo di diversi tipi di sensori.

Ora, ricercatori della Coordination Chemistry and Catalysis Unit dell'Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) hanno scoperto che combinando il rame con molecole organiche, possono creare complessi metallici che esibiscono fotoluminescenza. Cosa c'è di più, variando le dimensioni di quelle molecole organiche, possono controllare la luminosità della luce emessa. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Chimica inorganica .

I ricercatori hanno tradizionalmente creato complessi metallici fotoluminescenti utilizzando materiali come platino, rutenio, osmio, renio e iridio, per l'uso in oggetti come i quadranti di alcuni orologi. Però, questi metalli preziosi sono molto costosi, e i composti che formano sono tossici da maneggiare. Complessi di rame d'altra parte, fornire un'alternativa più economica e avere una struttura che gli scienziati possono facilmente manipolare.

In questo studio, gli scienziati hanno creato complessi di rame fotoluminescenti combinando atomi di rame con molecole organiche, o ligandi, con diversi gruppi amminici. "Il processo di costruzione del complesso di rame è semplice e inizia con la sintesi di ligandi adatti, " spiega il dottor Pradnya Patil, un ricercatore post-dottorato e l'autore principale dello studio. Ha sintetizzato quattro molecole di ligandi simili:N-metile, N-isobutile, N-isopropile e N-terz-butile, che variavano in dimensioni, con la molecola di N-metil che è la più piccola e la molecola di N-tert-butile la più grande.

L'idea alla base di questo studio ha colpito per la prima volta la prof.ssa Julia Khusnutdinova molti anni prima. Durante la sua ricerca post-dottorato, ha scoperto che le molecole di ligandi utilizzate in questo presente studio, erano di natura molto dinamica poiché la loro capacità di legarsi con gli atomi di metallo era accompagnata da molte variazioni nelle loro forme molecolari e nel movimento.

Le quattro molecole di legante sono state quindi combinate con rame per produrre complessi metallici e le loro strutture molecolari sono state esaminate utilizzando tecniche avanzate come la diffrazione dei raggi X e la spettroscopia NMR, per determinarne le dimensioni. Il più piccolo complesso di rame, che conteneva N-metile, si muoveva in modo più flessibile e rapido rispetto agli altri tre, mentre il complesso di rame con N-terz-butile era il più lento in quanto aveva una struttura molecolare più voluminosa. Con loro sorpresa, i ricercatori hanno scoperto che più lenta è la molecola, più brillante è la luce che emette.

Prendendo ulteriormente questa nuova scoperta, i ricercatori hanno incorporato molecole con strutture simili a questi complessi di rame nei polimeri, in modo che possano essere utilizzati in una più ampia varietà di applicazioni. Ciò ha permesso loro di creare sonde molecolari che brillano più luminose quando sono sottoposte a stress o sollecitazioni meccaniche. "Un tale materiale ha il potenziale per creare nuovi metodi per prevenire il guasto dei materiali da costruzione in quanto aiuterà a rilevare l'usura prima che il materiale si rompa effettivamente. Questo studio fa luce sul meccanismo di tale rilevamento dello stress, " dice la prof.ssa Julia Khusnutdinova.