La reazione di ossidazione dell'acqua (WOR) è una delle più importanti reazioni del pianeta poiché è la fonte di quasi tutto l'ossigeno dell'atmosfera. Comprendere le sue complessità può essere la chiave per migliorare l'efficienza della reazione. Sfortunatamente, i meccanismi della reazione sono complessi e gli intermedi altamente instabili, rendendo così il loro isolamento e caratterizzazione estremamente impegnativo. Per superare questo, gli scienziati stanno usando catalizzatori molecolari come modelli per comprendere gli aspetti fondamentali dell'ossidazione dell'acqua, in particolare la reazione di formazione del legame ossigeno-ossigeno.

Per la prima volta, scienziati del gruppo Lloret-Fillol di ICIQ, che studiano minuziosamente WOR, hanno isolato e caratterizzato completamente un intermedio elusivo generato dopo l'evento di formazione del legame ossigeno-ossigeno, la fase determinante la velocità della reazione. Il lavoro, uno sforzo internazionale guidato da ICIQ in collaborazione con l'Università di Groningen (Paesi Bassi) e Synchrotron SOLEIL (Francia), è stato pubblicato in Chimica della natura . "Il nostro lavoro ha implicazioni dirette nella nostra capacità di osservare la fase di formazione del legame ossigeno-ossigeno e gli intermedi successivi della reazione, " spiega Julio Lloret-Fillol, Capogruppo ICIQ e docente ICREA, autore principale del paper.

Modificando le condizioni nel loro sistema catalitico, i ricercatori hanno cristallizzato il perosso laterale di Ru(IV) generato dopo la fase di determinazione della velocità della reazione, l'evento di formazione del legame ossigeno-ossigeno. "Il documento aiuterà a comprendere meglio il meccanismo della formazione del legame ossigeno-ossigeno, poiché mostra prove dirette di un meccanismo a sito singolo per formare il legame ossigeno-ossigeno, uno dei meccanismi postulati per il fotosistema II, " afferma Carla Casadevall, ex dottorato di ricerca studente del gruppo Lloret, ora ricercatrice post-dottorato Marie Skłodowska-Curie presso il gruppo Erwin Reisner dell'Università di Cambridge e primo autore dell'articolo.

Nonostante gli enormi sforzi per chiarire il suo meccanismo, WOR non è ancora completamente compreso, suscitando un dibattito in corso con diverse proposte riguardanti il ​​meccanismo di formazione del legame ossigeno-ossigeno. I ricercatori hanno utilizzato studi di etichettatura per monitorare gli intermedi formati sia prima che dopo la fase determinante del tasso di WOR. Per di qua, sono stati in grado di fornire prove dirette della formazione del legame ossigeno-ossigeno per attacco nucleofilo dell'acqua da parte del metallo-osso.

"Questo documento dimostra ancora una volta che complessi molecolari ben definiti offrono accesso ad aspetti fondamentali del WOR, altrimenti molto impegnativo, che sarà utile per un'ulteriore progettazione efficiente del catalizzatore, " conclude Casadevall.