Nowe katalizatory usprawnią proces rozszczepiania wody
Szybki wzrost liczby ludności na świecie zwiększył w ostatnich latach zapotrzebowanie na energię, a jednocześnie zasoby paliw kopalnych stopniowo się kurczą. Sztuczna fotosynteza — rozszczepianie wody na składniki za pomocą światła słonecznego — to jeden z najbardziej zrównoważonych sposobów uniezależnienia się od węgla. Kluczem do wykorzystania technologii sztucznej fotosyntezy na skalę komercyjną jest opracowanie stabilnych katalizatorów heterogenicznych, które mogą utleniać wodę szybciej niż ich homogeniczne odpowiedniki. Celem finansowanego ze środków UE projektu "Encapsulated water oxidation catalysts" (EWOCS) było opracowanie nowych zamkniętych katalizatorów do utleniania wody o cechach lepszych niż obecne najnowocześniejsze rozwiązania. Za pośrednictwem odpowiednich ligandów i funkcjonalizacji centra aktywnych metali w katalizatorach do utleniania wody zostały zamknięte przy użyciu trzech różnych metod. Korzystając z tych technik, naukowcy mieli nadzieję zminimalizować degradację katalizatora i zwiększyć jego stabilność. Uczestnicy projektu dokonali syntezy nowych kompleksów molekularnych uwzględniając katalizatory w wielkim makrocyklu, aby ostatecznie ocenić możliwości utleniania wody. Okazało się jednak, że dodatkowe grupy funkcjonalne katalizatora makrocyklicznego są mniej stabilne niż ligandy. Czas istnienia katalizatora był zatem taki sam, jak w przypadku oryginalnego, niezamkniętego katalizatora. Udało się również zsyntetyzować dwa koniugaty katalizatora i sensybilizatora. Mimo to zwiększenie masy sterycznej wokół aktywnego skupiska katalizatora nie spowodowało wydłużenia czasu trwania katalizy. Nowe kompleksy molekularne również zachowywały się jak katalizatory bez grup funkcjonalnych. Kolejna strategia polegała na zastosowaniu liganda kleszczowego do syntezy kompleksu rutenu, który przypominał sprawdzony katalizator do utleniania wody. Naukowcy ustalili, że dodatkowa masa liganda kleszczowego zablokowała miejsce wiązania katalizatora, co uniemożliwiło koordynację wody i całkowicie zablokowało reakcję katalizy. Ogólnie zamknięte katalizatory do utleniania wody spełniły oczekiwania dotyczące syntezy i oceny, ale przy zastosowanych strategiach nie udało się wydłużyć czasu istnienia katalizatorów. Społeczność naukowa może odnieść korzyści z wyników projektu, opracowując reguły projektowania trwałych katalizatorów do utleniania wody.
Słowa kluczowe
Rozszczepianie wody, sztuczna fotosynteza, kompleksy molekularne, katalizatory heterogeniczne, katalizatory do utleniania wody
