De nombreuses applications, des télécommunications par fibre optique aux processus d'imagerie biomédicale nécessitent des substances qui émettent de la lumière dans le proche infrarouge (NIR). Une équipe de recherche en Suisse a maintenant développé le premier complexe de chrome qui émet de la lumière dans le très convoité, plage de longueur d'onde NIR-II plus longue. Dans la revue Angewandte Chemie , l'équipe a introduit le concept sous-jacent :un changement radical dans la structure électronique du chrome causé par les ligands spécialement conçus qui l'enveloppent.

De nombreux matériaux qui émettent de la lumière NIR sont basés sur des complexes métalliques coûteux ou rares. Des alternatives moins chères qui émettent dans la gamme NIR-I entre 700 et 950 nm ont été développées, mais les complexes émetteurs NIR-II de métaux non précieux restent extrêmement rares. La luminescence dans la gamme NIR-II (1000 à 1700 nm) est, par exemple, particulièrement avantageux pour l'imagerie in vivo car cette lumière pénètre très loin dans les tissus.

La luminescence des complexes est basée sur l'excitation des électrons, par l'absorption de la lumière, par exemple. Lorsque l'électron excité retombe à son état fondamental, une partie de l'énergie est émise sous forme de rayonnement. La longueur d'onde de ce rayonnement dépend des différences énergétiques entre les états électroniques. Dans les complexes, ceux-ci sont déterminés de manière significative par le type et l'arrangement des ligands liés au métal.

Dans les liaisons chimiques (covalentes) typiques, chaque partenaire apporte un électron à partager dans une paire de liaison ; dans de nombreux complexes, les deux électrons proviennent du ligand. Cependant, la frontière entre ces types de liaisons est fluide :les liaisons métal-ligand peuvent avoir un caractère covalent partiel (effet néphélauxétique). En conséquence, l'énergie de certains états excités est réduite, donnant au rayonnement émis une longueur d'onde plus longue. Ceci a été observé pour les ligands polypyridine, qui provoquent l'émission rouge rubis du chrome trivalent (Cr ^III ) en complexes pour passer dans la gamme NIR-I.

Afin d'augmenter la covalence de la liaison métal-ligand et d'augmenter encore la longueur d'onde, Narayan Sinha dans une équipe dirigée par Claude Piguet et Oliver S. Wenger des universités de Bâle et de Genève (Suisse) est passé des ligands polypyridine classiques à un nouveau accusé, ligand chélate tridenté. Le terme chélate est dérivé du mot grec pour la pince d'un crabe, et tridenté signifie que le ligand a trois sites de liaison avec lesquels il attrape l'ion métallique central comme une pince.

Dans le nouveau complexe résultant, le Cr ^III L'ion est entouré de tous côtés par deux ligands chélates chargés tridentés pour former une forme octaédrique. Il en résulte une modification radicale, structure électronique inhabituelle avec une densité électronique élevée sur le Cr ^III . Dans le sens axial, le transfert de charge s'effectue des ligands vers le métal, mais dans le plan équatorial de l'octaèdre, le transfert de charge se déplace du métal vers les ligands. Les interactions combinées « pousser » et « tirer » ont probablement une forte influence sur les électrons pertinents du point de vue spectroscopique du Cr ^III —la clé des émissions NIR-II du nouveau complexe.