I ricercatori del gruppo Llobet hanno sviluppato un nuovo materiale molecolare costituito da oligomeri e lo hanno utilizzato come catalizzatore nell'ossidazione dell'acqua, raggiungere densità di corrente senza precedenti per i catalizzatori molecolari. Il documento "Elettrocatalisi di ossidazione dell'acqua utilizzando oligomeri di coordinazione del rutenio adsorbiti su nanotubi di carbonio a parete multipla, " è stato pubblicato in Chimica della natura .

La generazione di elettroanodi e catodi per dispositivi di scissione dell'acqua basati su complessi molecolari ancorati su superfici solide sta guadagnando terreno grazie alle loro proprietà versatili e modulari attraverso la progettazione di ligandi. Dopo aver studiato il comportamento catalitico degli oligomeri di formula generale {[Ru(tda)(4, 4'- bpy)]n(4, 4'-bpy)} (dove n è 1, 2, 4, 5 o 15), gli scienziati del team Llobet di ICIQ hanno deciso di ancorarli su superfici grafitiche. "Abbiamo deciso di progettare un materiale oligomerico basato sul nostro potente catalizzatore Ru(tda) per passare da applicazioni omogenee a applicazioni eterogenee. Abbiamo dovuto ancorare il catalizzatore su una superficie per trovare un'applicazione tangibile sui dispositivi di scissione dell'acqua, " spiega Marcos Gil-Sepulcre, ricercatore post-dottorato e coordinatore del gruppo presso il gruppo Llobet e primo coautore del paper.

In collaborazione con partner internazionali come Johannes Elemans presso l'Institute for Molecules and Materials Radboud University e Christina Scheu presso il Max-Planck-Institut fur Eisenforschung GmbH di Dusseldorf, gli scienziati hanno effettuato diversi studi di microscopia per caratterizzare i materiali ibridi. Inoltre, La diffusione di raggi X a piccolo angolo di incidenza radente (GIWAXS) è stata eseguita al sincrotrone di Alba da Marc Malfois e Eduardo Solano. Ulteriore, calcoli della teoria del funzionale della densità (DFT), condotta dal gruppo ICIQ Maseras, esplorare la natura dell'interazione tra gli oligomeri e le superfici grafitiche. Sono state anche impiegate misurazioni spettroscopiche di assorbimento dei raggi X (XAS), in collaborazione con il gruppo di D. Moonshiram presso IMDEA Nanociencia, analizzare gli oligomeri alle superfici grafitiche, e valutare il loro destino durante e dopo la catalisi. In questo modo i ricercatori hanno confermato la natura molecolare dell'oligomero e hanno scoperto che viene adsorbito sulla superficie grafitica tramite interazioni C-H-π superficie catalizzatore aromatico, una strategia di ancoraggio che non è mai stata descritta per i catalizzatori molecolari fino ad ora.

Un singolo monomero dell'oligomero impiegato non è in grado di ancorarsi perché le sue interazioni con la superficie sono troppo deboli. Trovare la forza nei numeri, una volta introdotte più unità, il gran numero di interazioni C-H-π stabilizza l'intera catena. La conformazione del materiale ibrido (un nanotubo circondato da oligomeri) è la ragione della sua elevata efficienza:tutti gli atomi di rutenio negli oligomeri sono centri catalitici attivi, al contrario di scaricare toni di ossidi sugli elettrodi come di solito avviene nella scienza dei materiali.

Il materiale molecolare ibrido risultante si comporta come un elettroanodo robusto e potente per la reazione di ossidazione dell'acqua raggiungendo densità di corrente senza precedenti per catalizzatori molecolari nell'intero intervallo di pH, ma soprattutto a pH neutro. "Per quello che ci risulta, non c'è polimero di coordinazione, MOF o COF, o materiale organometallico che lavora in condizioni neutre, dà queste correnti ed è stabile, " afferma Gil-Sepulcre.

Il lavoro fornisce la base per la progettazione di materiali elettroanodi molecolari ibridi robusti ed efficienti per l'ossidazione di complessi a base di acqua Ru, che può essere esteso ad altri metalli di transizione e ad altre reazioni catalitiche. Il team sta già lavorando all'implementazione del materiale ibrido su celle fotoelettrochimiche per testare le sue applicazioni in un dispositivo per la scissione dell'acqua.