Mas Subramanian, illustre professore di chimica, e i collaboratori dell'OSU riportano i risultati dello studio sulla rivista Chemistry of Materials .

I nuovi pigmenti, che potrebbero essere utilizzati come rivestimenti ad alta efficienza energetica per veicoli ed edifici, sono a base di cromo bivalente, Cr ²⁺ , e sono i primi ad usarlo come cromoforo; i cromofori sono le parti di una molecola che determinano il colore riflettendo alcune lunghezze d'onda della luce e assorbendone altre.

"Ad oggi, nessun minerale terrestre è stato segnalato per contenere cromo nello stato bivalente come uno dei componenti", ha detto Subramanian, Milton Harris Professore di Scienza dei Materiali presso l'OSU College of Science. "Tuttavia, l'analisi dei campioni di minerali lunari raccolti dalle missioni Apollo ha mostrato la presenza di cromo allo stato bivalente."

Il cromo bivalente ha lo stesso numero di elettroni spaiati del manganese trivalente, il cromoforo responsabile del colore intenso del blu YInMn, scoperto dal team di Subramanian 15 anni fa. The Shepherd Color Company ha concesso in licenza il blu YInMn per l'uso in un'ampia gamma di rivestimenti e plastiche e ha anche ispirato un nuovo colore pastello Crayola:Bluetiful.

Quando fu scoperto il blu YInMn, i ricercatori stavano sperimentando nuovi materiali che potevano essere utilizzati in applicazioni elettroniche e mischiando ossido di manganese, che è di colore nero, con altri prodotti chimici, per poi riscaldarli in una fornace a quasi 2.400 gradi Fahrenheit.

Uno dei loro campioni si è rivelato essere di un blu brillante, chiamato blu YInMn in onore degli elementi componenti ittrio, indio e manganese. È stata la prima scoperta del pigmento blu in due secoli e un enorme progresso in termini di sicurezza, durata e vividezza.

Nel nuovo studio, Subramanian, il ricercatore associato Jun Li e lo studente laureato Anjali Verma si sono ispirati al rame bivalente che funge da cromoforo nel blu egiziano, che è il primo pigmento sintetico conosciuto al mondo e risale a più di 5.000 anni fa.

I ricercatori hanno sostituito il rame bivalente nel blu egiziano con il cromo bivalente, ottenendo pigmenti rosso-magenta durevoli. Per stabilizzare il cromo bivalente sulla Terra, i ricercatori hanno mantenuto temperature elevate, quasi 2.500 gradi Fahrenheit, sotto vuoto spinto durante la sintesi iniziata dal cromo metallico, dal triossido di cromo e da altri prodotti chimici.

"La maggior parte dei pigmenti color magenta utilizzati oggi sono sostanze chimiche organiche e soffrono di problemi di stabilità se esposti ai raggi ultravioletti e al calore del sole perché possono rompere i legami chimici organici", ha detto Subramanian. "I pigmenti inorganici magenta sono rari e la maggior parte richiede una quantità significativa di sali di cobalto che sono pericolosi sia per l'uomo che per l'ambiente."

I pigmenti magenta sviluppati dai ricercatori dell'OSU sono termicamente e chimicamente inerti a causa della loro elevata temperatura di preparazione e rimangono inalterati strutturalmente e otticamente dopo l'esposizione ad acidi e alcali, notano gli autori.

Inoltre, a differenza dei pigmenti che contengono cobalto, i pigmenti magenta a base di cromo riflettono altamente il calore del sole, il che significa che hanno una proprietà rinfrescante che porterebbe a un risparmio energetico per le auto e le strutture rivestite in essi.

"La maggior parte dei pigmenti vengono scoperti per caso", ha detto Subramanian. "Il motivo è che l'origine del colore di un materiale dipende non solo dalla composizione chimica ma anche dall'intricata disposizione degli atomi nella struttura cristallina. Quindi qualcuno deve prima realizzare il materiale in laboratorio, poi studiarne la struttura cristallina accuratamente per spiegare il colore."

Nonostante i recenti progressi nelle teorie della meccanica quantistica e nei metodi computazionali, prevedere una struttura cristallina che produrrà un intenso pigmento inorganico del colore desiderato è ancora difficile, ha aggiunto.

"Siamo stati fortunati la prima volta con il blu YInMn e ora stiamo elaborando alcuni principi fondamentali di progettazione chimica e cristallina per creare razionalmente nuovi pigmenti", ha affermato.

"La determinazione degli ingredienti strutturali chiave richiesti per creare colori vividi dovrebbe consentire tempi più brevi tra le scoperte dei pigmenti. La scienza non segue sempre un percorso prescritto, ma stiamo esplorando pigmenti con cromo bivalente come cromoforo in diversi ambienti di coordinazione in strutture cristalline di vari composti inorganici."