À l'intérieur des smartphones et des écrans d'ordinateur se trouvent des métaux connus sous le nom de terres rares. L'extraction et la purification de ces métaux impliquent des processus à forte intensité de déchets et d'énergie. De meilleurs processus sont nécessaires. Des travaux antérieurs ont montré que des éléments spécifiques des terres rares absorbent l'énergie lumineuse qui peut modifier leur comportement chimique et les rendre plus faciles à séparer. Maintenant, des chercheurs ont révélé comment certaines structures moléculaires peuvent améliorer l'efficacité de cette chimie basée sur la lumière pour séparer le cérium, un élément des terres rares.

Les 17 éléments des terres rares sont chimiquement similaires. Les méthodes utilisées pour purifier les éléments souhaités à partir de sources naturelles produisent des quantités massives de déchets. Purifier une tonne d'un élément des terres rares crée des tonnes de déchets acides et radioactifs. Les processus sont également énergivores. Savoir comment utiliser efficacement la lumière pour séparer les terres rares sélectionnées pourrait réduire les déchets et les coûts. De nouvelles méthodes de recyclage de l'europium et d'autres terres rares à l'aide de la chimie à base de lumière constituent également une orientation importante pour diversifier la chaîne d'approvisionnement de ces éléments critiques.

Les matériaux contenant des éléments de terres rares sont irremplaçables et largement utilisés dans des technologies telles que l'éclairage, affiche, capteurs biologiques, laser, voiture électrique, et smartphones. Cependant, les séparations de terres rares par des méthodes conventionnelles d'extraction par solvant ou de chromatographie par échange d'ions prennent du temps, nécessitent un coût important, et sont insoutenables. La séparation photochimique a été examinée comme une étape de prétraitement prometteuse pour séparer les terres rares à activité redox, surtout l'europium, à partir de mélanges de minerais extraits.

De nouvelles méthodes de recyclage de l'europium et d'autres terres rares à l'aide de la photochimie constituent également un axe important pour diversifier la chaîne d'approvisionnement. Parmi les terres rares, plusieurs membres, comme le cérium, samarium, europium, et l'ytterbium, absorber la lumière à travers les transitions électroniques pertinentes 4f-5d. Les méthodes actuelles de séparation photoredox ne sont pas pratiques en raison de leur besoin de sources lumineuses intenses. Le contrôle et l'exploitation des transitions 4f-5d pour ces éléments sont importants pour réaliser des applications dans les séparations photoredox de terres rares. Récemment, un groupe de chercheurs de l'Université de Pennsylvanie et de l'Université de Buffalo a développé une étude expérimentale et informatique combinée pour comprendre et contrôler la photophysique des complexes de cérium luminescent.

L'équipe a conçu et synthétisé une série de complexes de cérium (III) qui ont permis d'identifier des caractéristiques structurelles clés permettant des rendements quantiques prédictifs et ajustables, et donc la luminosité. De plus, l'équipe a effectué des analyses informatiques complètes des complexes luminescents de cérium(III) guanidinate-amide et guanidinate-aryloxyde. Les données de calcul ont permis de rationaliser les différences de décalage de Stokes (couleurs luminescentes) de ces composés. Ces modèles quantitatifs de structure-luminescence devraient contribuer aux séparations photorédox de produits contenant des terres rares dont les transitions électroniques 4f-5d peuvent être réglées et exploitées dans le visible et l'ultraviolet pour une efficacité, vert, et des séparations photochimiques potentiellement peu coûteuses.