Molte applicazioni, dalle telecomunicazioni in fibra ottica ai processi di imaging biomedico richiedono sostanze che emettono luce nella gamma del vicino infrarosso (NIR). Un team di ricerca in Svizzera ha ora sviluppato il primo complesso di cromo che emette luce nell'ambito, gamma di lunghezze d'onda NIR-II più lunghe. Nel diario Angewandte Chemie , il team ha introdotto il concetto alla base:un drastico cambiamento nella struttura elettronica del cromo causato dai ligandi appositamente studiati che lo avvolgono.

Molti materiali che emettono luce NIR sono basati su complessi metallici costosi o rari. Sono state sviluppate alternative più economiche che emettono nella gamma NIR-I tra 700 e 950 nm, ma i complessi che emettono NIR-II di metalli non preziosi rimangono estremamente rari. La luminescenza nella gamma NIR-II (da 1000 a 1700 nm) è, Per esempio, particolarmente vantaggioso per l'imaging in vivo perché questa luce penetra molto in profondità nei tessuti.

La luminescenza dei complessi si basa sull'eccitazione degli elettroni, attraverso l'assorbimento della luce, Per esempio. Quando l'elettrone eccitato ritorna al suo stato fondamentale, parte dell'energia viene emessa sotto forma di radiazione. La lunghezza d'onda di questa radiazione dipende dalle differenze energetiche tra gli stati elettronici. Nei complessi, questi sono significativamente determinati dal tipo e dalla disposizione dei leganti legati al metallo.

Nei tipici legami chimici (covalenti), ogni partner porta un elettrone da condividere in una coppia di legame; in molti complessi entrambi gli elettroni provengono dal ligando. Però, la linea tra questi tipi di legami è fluida:i legami metallo-ligando possono avere un carattere covalente parziale (effetto nefelauxetico). Come conseguenza, l'energia di certi stati eccitati è ridotta, conferendo alla radiazione emessa una lunghezza d'onda maggiore. Questo è stato osservato per i ligandi polipiridinici, che provocano l'emissione rosso rubino di cromo trivalente (Cr ^III ) in complessi per passare all'intervallo NIR-I.

Al fine di aumentare la covalenza del legame metallo-ligando e aumentare ulteriormente la lunghezza d'onda, Narayan Sinha in un team guidato da Claude Piguet e Oliver S. Wenger presso le Università di Basilea e Ginevra (Svizzera) è passato dai classici leganti polipiridinici a un nuovo su misura, addebitato, legante chelato tridentato. Il termine chelato deriva dalla parola greca per la chela di un granchio, e tridentato significa che il ligando ha tre siti di legame con i quali afferra lo ione metallico centrale come una tenaglia.

Nel nuovo complesso risultante, il Cr ^III lo ione è circondato su tutti i lati da due ligandi chelati carichi di tridentato per formare una forma ottaedrica. Ciò si traduce in una drastica alterazione struttura elettronica insolita con un'elevata densità di elettroni sul Cr ^III . In direzione assiale, il trasferimento di carica avviene dai leganti al metallo, ma nel piano equatoriale dell'ottaedro, il trasferimento di carica si sposta dal metallo ai leganti. Le interazioni combinate "push" e "pull" probabilmente hanno una forte influenza sugli elettroni spettroscopicamente rilevanti del Cr ^III —la chiave delle emissioni NIR-II del nuovo complesso.