Catalizzazione di un cambiamento nella produzione di energia
La fotosintesi artificiale ha sollevato notevoli sfide tecniche. L'enzima della natura, il fotosistema II, facilita la fuoriuscita di acqua per rilasciare idrogeno molecolare e ossigeno. Nei sistemi artificiali, l'acqua può essere ossidata su superfici agli ossidi di metallo. Tuttavia, l'ottimizzazione in vitro del catalizzatore che mima il fotosistema II richiede informazioni dettagliate precedentemente assenti sui siti attivi sugli ossidi di grandi dimensioni. Gli scienziati hanno fatto notevoli progressi caratterizzando catalizzatori innovativi e altamente efficienti per l'ossidazione dell'acqua con il finanziamento UE del progetto H2OSPLIT ("Water splitting catalysts for artificial photosynthesis"). L'attenzione è stata posta su catalizzatori inorganici recentemente sintetizzati omogenei in poliossometallato contenente rutenio (Ru-POM) che hanno dimostrato una reattività e una stabilità nella soluzione senza precedenti. Si sapeva molto poco sulle loro proprietà elettroniche e strutturali. Con un esteso lavoro teorico e di simulazione, H2OSPLIT ha fornito con successo la molto desiderata caratterizzazione di livello atomico delle proprietà del Ru-POM nella fase di gas. Hanno inoltre descritto con successo l'interazione dei nuclei attivi di ossido di rutenio del sistema con una molecola d'acqua. Le simulazioni di dinamica molecolare classica hanno rivelato interazioni di solvente - soluto per il catalizzatore nella soluzione. Le simulazioni aggiuntive hanno rivelato il meccanismo dell'ossidazione dell'acqua. H2OSPLIT ha dimostrato che il Ru4-POM nano-dimensionato è un sistema catalitico avanzato per l'ossidazione dell'acqua nella fotosintesi artificiale. Gli scienziati hanno messo in correlazione la struttura locale dei siti attivi con il meccanismo di reazione e la sua efficienza termodinamica. Il lavoro ha spianato la strada alla progettazione razionale dei catalizzatori molecolari non solo per la fotosintesi artificiale, ma anche per una serie di altre reazioni importanti a livello industriale.
Parole chiave
Fotosintesi artificiale, catalizzatore, enzima, fotosistema II, ossido di metallo, siti attivi, ossidazione dell'acqua, rutenio, poliossometallato, simulazioni
