Nuovi catalizzatori per migliorare la scissione dell’acqua
La rapida crescita della popolazione mondiale ha aumentato il fabbisogno energetico negli ultimi anni, mentre le forniture di risorse di combustibili fossili si stanno gradualmente esaurendo. Nella fotosintesi artificiale, l’utilizzo della luce solare per suddividere l’acqua nei suoi costituenti è una delle tattiche più sostenibili per evitare l’attuale dipendenza dal carbone. Una chiave per realizzare una tecnologia per la fotosintesi artificiale su scala commerciale consiste nello sviluppare catalizzatori eterogenei stabili, in grado di eseguire più rapidamente le reazioni di ossidazione dell’acqua rispetto alle loro controparti omogenee. Il progetto EWOCS (“Encapsulated water oxidation catalysts”), finanziato dall’UE, mirava a sviluppare nuovi catalizzatori di ossidazione dell’acqua incapsulati (WOC) con caratteristiche superiori rispetto allo stato dell’arte. Attraverso la progettazione e la funzionalizzazione dei leganti, i centri metallici attivi nei WOC sono stati incapsulati utilizzando tre diversi approcci. Sulla base di queste tecniche, gli scienziati prevedono di minimizzare la degradazione dei catalizzatori e di aumentare la stabilità. I membri del progetto hanno innanzitutto sintetizzato i primi nuovi complessi molecolari incorporando i catalizzatori in un macrociclo gigante per valutare in ultima analisi la capacità di ossidazione dell’acqua. Tuttavia, i gruppi funzionali aggiuntivi del catalizzatore del macrociclico si sono dimostrati meno stabili rispetto ai leganti del catalizzatore. La durata del catalizzatore è così rimasta la stessa dell’originale non incapsulato. Sono stati inoltre sintetizzati con successo due coniugati fotosintetizzatore-catalizzatore. Tuttavia, l’aumento dell’ingombro sterico attorno al sito attivo del catalizzatore non ha comportato un aumento della durata della catalisi. I nuovi complessi molecolari si comportavano inoltre proprio come i catalizzatori non funzionalizzati. Un’altra strategia è consistita nell’utilizzare un legante pincer per sintetizzare un complesso di rutenio che assomigliava a un WOC comprovato. Gli scienziati hanno riscontrato che l’ingombro aggiuntivo del legante pincer bloccava il sito di legame del catalizzatore, impedendo così il coordinamento dell’acqua e inibendo completamente la catalisi. In generale, il progetto EWOCS ha mantenuto la promessa di sintetizzare e valutare una serie di EWOC; tuttavia, non è stato possibile aumentare le durate dei catalizzatori mediante le strategie impiegate. La comunità di ricerca può trarre vantaggio dai risultati del progetto nell’elaborare le regole di progettazione di WOC durevoli.
Parole chiave
Scissione dell’acqua, fotosintesi artificiale, complessi molecolari, catalizzatori eterogenei, catalizzatori ossidazione-acqua
