In smartphones en computerschermen bevinden zich metalen die bekend staan ​​​​als de zeldzame aarden. Het winnen en zuiveren van deze metalen gaat gepaard met afval- en energie-intensieve processen. Er zijn betere processen nodig. Eerder werk heeft aangetoond dat specifieke zeldzame aardelementen lichtenergie absorberen die hun chemisch gedrag kan veranderen en ze gemakkelijker te scheiden maken. Nutsvoorzieningen, onderzoekers hebben onthuld hoe bepaalde moleculaire structuren de efficiëntie van deze door licht aangedreven chemie kunnen verbeteren om cerium te scheiden, een zeldzaam aarde-element.

De 17 zeldzame aardelementen zijn chemisch vergelijkbaar. Methoden die worden gebruikt om de gewenste elementen uit natuurlijke bronnen te zuiveren, produceren enorme hoeveelheden afval. Het zuiveren van één ton van een zeldzaam aardelement creëert tonnen zuur en radioactief afval. De processen zijn ook energie-intensief. Weten hoe licht efficiënt kan worden gebruikt om geselecteerde zeldzame aardmetalen te scheiden, zou afval kunnen verminderen en kosten kunnen verlagen. Nieuwe methoden voor het recyclen van europium en andere zeldzame aardmetalen met behulp van door licht aangedreven chemie is ook een belangrijke richting om de toeleveringsketen voor deze kritieke elementen te diversifiëren.

Materialen die zeldzame aarde-elementen bevatten, zijn onvervangbaar en worden veel gebruikt in technologieën zoals verlichting, toont, biologische sensoren, lasers, elektrische auto's, en smartphones. Echter, scheidingen van zeldzame aarden door conventionele oplosmiddelextractie of ionenuitwisselingschromatografiemethoden zijn tijdrovend, aanzienlijke kosten vergen, en zijn onhoudbaar. Fotochemische scheiding is onderzocht als een veelbelovende voorbewerkingsstap om redox-actieve zeldzame aarden te scheiden, vooral europium, uit gedolven ertsmengsels.

Nieuwe methoden voor het recyclen van europium en andere zeldzame aardmetalen met behulp van fotochemie zijn ook een belangrijke richting voor de diversificatie van de toeleveringsketen. Onder de zeldzame aarden, meerdere leden, zoals cerium, samarium, europium, en ytterbium, licht absorberen door relevante elektronische 4f-5d-overgangen. Huidige fotoredox-scheidingsmethoden zijn niet praktisch vanwege hun behoefte aan intense lichtbronnen. Het beheersen en exploiteren van de 4f-5d-overgangen voor deze elementen is belangrijk voor het bereiken van toepassingen in fotoredox-scheidingen van zeldzame aardmetalen. Onlangs, een groep onderzoekers van de Universiteit van Pennsylvania en de Universiteit van Buffalo ontwikkelde een gecombineerde experimentele en computationele studie om de fotofysica van lichtgevende ceriumcomplexen te begrijpen en te beheersen.

Het team ontwierp en synthetiseerde een reeks cerium(III)-complexen waarmee de belangrijkste structurele kenmerken konden worden geïdentificeerd die voorspellende en afstembare kwantumopbrengsten mogelijk maakten, en dus helderheid. Bovendien, het team voerde uitgebreide computationele analyses uit van guanidinaat-amide en guanidinaat-aryloxide luminescente cerium(III)-complexen. De computationele gegevens zorgden voor rationalisatie van de verschillen in Stokes-verschuivingen (luminescerende kleuren) van deze verbindingen. Deze kwantitatieve structuur-luminescentiemodellen zullen naar verwachting bijdragen aan de fotoredoxscheidingen van zeldzame-aarde-bevattende producten waarvan de 4f-5d elektronische overgangen kunnen worden afgestemd en benut in het zichtbare en ultraviolette bereik voor efficiënte, groente, en mogelijk goedkope fotochemische scheidingen.