I ricercatori di Bochum e Berkeley hanno studiato il motivo per cui le gabbie possono aumentare l'attività catalitica delle molecole racchiuse. Utilizzando la spettroscopia terahertz e complesse simulazioni al computer, hanno dimostrato che l'acqua incapsulata in una minuscola gabbia ha proprietà speciali, che sono strutturalmente e dinamicamente distinte da qualsiasi fase nota dell'acqua. L'acqua forma una gocciolina all'interno della gabbia che facilita l'incapsulamento di una molecola ospite, cioè per accedere al centro catalitico. Il team di ricerca descrive le proprietà termodinamiche di questa speciale forma di acqua, che non sono mai stati osservati prima, nel diario Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze ( PNAS ) pubblicato online il 14 dicembre 2020.

Il team guidato dalla Professoressa Martina Havenith, Capo della cattedra di chimica fisica II presso la Ruhr-Universität Bochum e relatore del Cluster of Excellence Ruhr Explores Solvation, Risolvi in ​​breve, ha collaborato durante il lavoro con la professoressa Teresa Head-Gordon, Il professor Ken Raymond e il professor Dean Toste dell'Università della California a Berkeley.

L'acqua nella gabbia non è né solida né un liquido normale

Alcuni costrutti molecolari hanno una cavità interna piena d'acqua, che può essere cataliticamente attivo, cioè può facilitare la reazione di alcune molecole. Gli scienziati hanno replicato queste condizioni nei loro esperimenti utilizzando nanocapsule. Hanno studiato le molecole d'acqua incapsulate e le loro proprietà.

Una recente teoria suggerisce che, in queste circostanze, l'acqua formerebbe ammassi simili a ghiaccio. Il team ha confutato questa teoria nel lavoro attuale. Lo spettro terahertz - una sorta di impronta chimica - dell'acqua confinata sembrava diverso dagli spettri di qualsiasi fase dell'acqua precedentemente nota. Non assomigliava né allo spettro del ghiaccio né allo spettro dell'acqua sfusa ad alta pressione.

Anziché, una gocciolina formata da nove molecole d'acqua collegate internamente da legami idrogeno, mentre la rete del legame idrogeno è stata interrotta sulla superficie della gocciolina. "I movimenti delle molecole d'acqua all'interno della gabbia sono più limitati, " spiega Martina Havenith. "Non può essere felice di questo stato". lo svuotamento dell'intercapedine è facilitato rispetto alla normale massa d'acqua, rendendo più facile per un ospite entrare nella cavità.

Il team di Ken Raymond e Dean Toste ha sintetizzato la nanogabbia per il presente studio. Il gruppo guidato da Martina Havenith ha quindi analizzato la rete di legami idrogeno dell'acqua confinata utilizzando la spettroscopia terahertz. Teresa Head-Gordon ha simulato l'esperimento utilizzando simulazioni al computer chiamate simulazioni ab initio di dinamica molecolare.