Catalizar un cambio en la producción de energía
La fotosíntesis artificial ha supuesto un extraordinario desafío técnico. La enzima natural fotosistema II contribuye a la ruptura de la molécula de agua, lo que libera hidrógeno y oxígeno. En sistemas artificiales, el agua puede oxidarse en superficies adaptadas de óxido de metal. No obstante, la optimización in vitro del catalizador que imita a fotosistema II requiere de información detallada sobre los sitios activos de la mayoría de los óxidos que se desconocía hasta ahora. A través del proyecto financiado por la Unión Europea, «Water splitting catalysts for artificial photosynthesis» (H2OSPLIT) , unos científicos lograron grandes avances al caracterizar catalizadores innovadores y muy eficientes para la oxidación del agua. El objeto de estudio fueron los catalizadores homogéneos polioximetalato que contienen rutenio inorgánico (Ru-POM), sintetizados recientemente, que demostraron una reactividad y estabilidad en solución sin precedentes. Sus propiedades electrónicas y estructurales no se conocían a fondo. A través de un exhaustivo trabajo teórico de simulación, H2OSPLIT logró la caracterización atómica indispensable de las propiedades del Ru-POM en la fase gaseosa. También lograron describir la interacción de los centros activos del óxido de rutenio del sistema con las moléculas de agua. Las simulaciones dinámicas moleculares clásicas indicaron la existencia de interacciones entre el disolvente y el soluto para el catalizador de la solución. Con otras simulaciones se comprendió el mecanismo de oxidación del agua. Gracias al proyecto H2OSPLIT fue posible demostrar que el Ru4-POM nanométrico es un sistema catalizador de vanguardia para la oxidación del agua en la fotosíntesis artificial. Los científicos estudiaron la correlación de la estructura local de los sitios activos con el mecanismo de reacción y su eficiencia termodinámica. El trabajo ha contribuido al diseño racional de catalizadores moleculares mejorados que pueden aplicarse en la fotosíntesis artificial y en muchas otras reacciones importantes para la industria.
Palabras clave
Fotosíntesis artificial, catalizador, enzima, fotosistema II, óxido de metal, sitios activos, oxidación del agua, rutenio, polioxometalato, simulaciones
