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Segundo a IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) os metais terras raras compreendem os elementos lantanídeos (lantânio a lutécio), escândio e ítrio; em um total de 17 elementos:
Nas últimas duas décadas a aplicação de compostos luminescentes contendo íons de terras raras trivalentes (TR3+) tem aumentado intensamente, devido ao seu grande potencial no uso como sensores luminescentes, eletroluminescentes, em ciências biomédicas, bioinorgânica etc.
Nos íons terras raras (TR3+), os elétrons do subnível 4fN encontram-se mais internos do que os elétrons 5s2 e 5p6, dessa forma os elétrons 4f possuem interação fraca com o ambiente químico devido à blindagem sofrida pelos elétrons das subcamadas mais externas 5s e 5p. Consequentemente, as transições entre os seus níveis de energia possuem comportamento atômico (transições extremamente finas), facilitando a interpretação dos dados experimentais a partir de seus espectros de absorção e emissão, e gerando cores mais puras.
Dentre os complexos de terras raras que apresentam luminescência, os mais estudados são os que contêm os íons Eu3+ e Tb3+ (emitem luz vermelha e verde, respectivamente). Estes íons são os que geralmente apresentam a maior intensidade luminescente, o que se deve às estruturas dos seus níveis de energia. Deve-se considerar, também, que existem complexos de TR3+ que emitem em outras regiões espectrais, tais como: infravermelho próximo (Yb3+, Nd3+ e Er3+), laranja (Sm3+), amarelo (Dy3+), azul (Tm3+) e UV-próximo (Ce3+ e Gd3+).
Complexo de térbio III a baixa temperatura.
Complexo de európio III em líquido iônico.
Os elementos terras raras têm se destacado como componentes cruciais no avanço tecnológico global, especialmente em setores estratégicos como energia, saúde, telecomunicações e segurança, sendo frequentemente referidos como os “elementos do futuro”. Esses elementos têm papel ativo em diversos setores industriais, incluindo metalurgia, onde são utilizados na refinação de metais e na criação de ligas, além de atuarem como catalisadores na indústria automotiva e petroquímica. Também são essenciais em aplicações de coloração de vidro e cerâmica, lasers, biomedicina, amplificadores de fibra óptica e em tecnologias emergentes como células de combustível, supercondutores e ímãs permanentes. Além disso, os íons TR3+ também têm sido utilizados em aplicações biológicas, como na marcação de proteínas, e em novos dispositivos moleculares para diagnósticos médicos.
A pesquisa sobre os terras raras se intensificou desde a década de 1960, com importantes contribuições teóricas e experimentais que ajudaram a compreender suas propriedades espectroscópicas. Nos últimos anos, as pesquisas envolvendo os íons TR3+ estão voltadas para o desenvolvimento das seguintes áreas: i) novos luminóforos para iluminação; ii) dispositivos eletroluminescentes com alta eficiência; iii) agente de contraste para ressonância magnética nuclear de imagem; iv) sonda luminescente para biomoléculas; v) marcadores para proteínas e aminoácidos e vi) sensores emissores de luz em fluoroimunoensaios. Estas aplicações são devido à alta intensidade de luminescência observada quando estes compostos são excitados principalmente por radiação na região do UV e, consequentemente, são classificados como Dispositivos Moleculares Conversores de Luz (DMCLs).
O crescente interesse por materiais híbridos com propriedades fotoluminescentes tem impulsionado inovações em nanotecnologia, com aplicações em sistemas como carreadores de fármacos e fotocatálise. Materiais que apresentam os fenômenos de luminescência persistente e conversão ascendente (upconversion) são utilizados em LEDs e outras tecnologias, com potencial para diversas aplicações, como sinalização de segurança e terapia fotodinâmica. O processo de upconversion permite a absorção de múltiplos fótons de baixa energia, resultando em emissão de alta energia, o que é promissor para diagnósticos médicos e sistemas bioanalíticos, especialmente devido à capacidade de evitar autofluorescência.
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