Inuti smartphones och datorskärmar finns metaller som kallas de sällsynta jordarna. Gruvdrift och rening av dessa metaller innebär avfalls- och energiintensiva processer. Det behövs bättre processer. Tidigare arbete har visat att specifika sällsynta jordartsmetaller absorberar ljusenergi som kan förändra deras kemiska beteende och göra dem lättare att separera. Nu, forskare har avslöjat hur vissa molekylära strukturer kan förbättra effektiviteten hos denna ljusdrivna kemi för att separera cerium, ett sällsynt jordartselement.

De 17 sällsynta jordartselementen är kemiskt lika. Metoder som används för att rena de önskade elementen från naturliga källor producerar massiva mängder avfall. Att rena ett ton av ett sällsynt jordartselement skapar massor av surt och radioaktivt avfall. Processerna är också energikrävande. Att veta hur man effektivt använder ljus för att separera utvalda sällsynta jordarter kan minska avfall och sänka kostnaderna. Nya metoder för återvinning av europium och andra sällsynta jordartsmetaller med hjälp av ljusdriven kemi är också en viktig riktning för att diversifiera leveranskedjan för dessa kritiska element.

Material som innehåller sällsynta jordartsmetaller är oersättliga och används i stor utsträckning inom teknik som belysning, visar, biologiska sensorer, lasrar, elbilar, och smartphones. Dock, sällsynta jordartsseparationer genom konventionell lösningsmedelsextraktion eller jonbyteskromatografimetoder är tidskrävande, kräver betydande kostnader, och är ohållbara. Fotokemisk baserad separation har undersökts som ett lovande förbehandlingssteg för att separera redoxaktiva sällsynta jordarter, särskilt europium, från malmblandningar.

Nya metoder för återvinning av europium och andra sällsynta jordartsmetaller med hjälp av fotokemi är också en viktig riktning för att diversifiera leveranskedjan. Bland de sällsynta jordarna, flera medlemmar, såsom cerium, samarium, europium, och ytterbium, absorbera ljus genom relevanta elektroniska 4f-5d-övergångar. Nuvarande fotoredox separationsmetoder är inte praktiska på grund av deras behov av intensiva ljuskällor. Att kontrollera och utnyttja 4f-5d-övergångarna för dessa element är viktigt för att uppnå tillämpningar i fotoredox sällsynta jordartsseparationer. Nyligen, en grupp forskare från University of Pennsylvania och University of Buffalo utvecklade en kombinerad experimentell och beräknad studie för att förstå och kontrollera fotofysiken hos självlysande ceriumkomplex.

Teamet designade och syntetiserade en serie cerium (III) -komplex som möjliggjorde identifiering av viktiga strukturella egenskaper som möjliggjorde förutsägbara och justerbara kvantutbyten, och därför ljusstyrka. Dessutom, laget utförde omfattande beräkningsanalyser av guanidinat-amid och guanidinat-aryloxid luminescerande cerium (III) -komplex. Beräkningsdata gav rationalisering av skillnaderna i Stokes -skift (självlysande färger) av dessa föreningar. Dessa kvantitativa struktur-luminescensmodeller förväntas bidra till fotoredoxseparationerna av sällsynta jordartade produkter vars 4f-5d elektroniska övergångar kan ställas in och utnyttjas i det synliga och ultravioletta området för effektiva, grön, och potentiellt billiga fotokemiska baserade separationer.