p Uma equipe internacional fez uma descoberta em BESSY II. Pela primeira vez, eles conseguiram investigar os estados eletrônicos de um metal de transição em detalhes e tirar conclusões confiáveis ​​sobre seu efeito catalítico a partir dos dados. Esses resultados são úteis para o desenvolvimento de futuras aplicações de sistemas catalíticos de metais de transição. O trabalho já foi publicado em Ciência Química , o jornal de acesso aberto da Royal Society of Chemistry. p Muitos processos importantes na natureza dependem de catalisadores, que são átomos ou moléculas que facilitam uma reação, mas emergem dela próprios inalterados. Um exemplo é a fotossíntese nas plantas, o que só é possível com a ajuda de um complexo de proteínas compreendendo quatro sítios de átomos de manganês em seu centro. Reações redox, como são chamados, frequentemente desempenham um papel fundamental nesses tipos de processos. Os reagentes são reduzidos por meio da absorção de elétrons, ou oxidado por meio de sua liberação. Os processos redox catalíticos na natureza e na indústria muitas vezes só têm sucesso graças a catalisadores adequados, onde os metais de transição desempenham uma função importante.

p Esses metais de transição, e, em particular, seu estado redox ou oxidação, pode ser examinado particularmente bem usando raios X suaves, porque os estados eletrônicos podem ser medidos com precisão usando espectroscopia de raios-X. No que é conhecido como espectroscopia de absorção de borda L, elétrons da camada 2p do metal de transição são excitados de modo que ocupam orbitais d livres. Uma diferença de energia pode ser determinada a partir do espectro de absorção de raios-X que reflete o estado de oxidação da molécula ou do catalisador de uma forma conhecida. Contudo, exatamente onde os elétrons são absorvidos ou liberados pelo catalisador durante uma reação redox, ou seja, exatamente como a densidade de carga no catalisador varia com o estado de oxidação, anteriormente era difícil de verificar. Isso se deveu principalmente à falta de métodos confiáveis ​​para a descrição teórica de densidades de carga em moléculas de catalisador nos estados fundamental e excitado, e à dificuldade em obter dados experimentais confiáveis. Se os metais de transição estiverem localizados em complexos de moléculas orgânicas complexas maiores, como normalmente são para catalisadores redox reais, seu estudo se torna extremamente difícil, porque os raios X causam danos na amostra.

p Agora, pela primeira vez, uma equipe internacional do Helmholtz-Zentrum Berlin, Universidade de Uppsala (Suécia), Laboratório Nacional Lawrence Berkeley em Berkeley (EUA), Universidade de Manchester (Grã-Bretanha), e o SLAC National Accelerator Laboratory da Stanford University (EUA) conseguiu estudar átomos de manganês em diferentes estados de oxidação, ou seja, durante diferentes estágios de oxidação - em vários compostos por meio de medições em operando no BESSY II. Para conseguir isso, Philippe Wernet e sua equipe introduziram as amostras em vários solventes, examinou jatos desses líquidos usando raios-X, e comparou seus dados com novos cálculos do grupo de Marcus Lundberg na Universidade de Uppsala. "Conseguimos determinar como - e acima de tudo por quê - o espectro de absorção de raios-X muda com os estados de oxidação, "diz o teórico Marcus Lundberg. Os alunos de Ph.D. Markus Kubin (HZB) com sua experiência experimental e Meiyuan Guo (Universidade de Uppsala) com sua experiência teórica refletem a abordagem interdisciplinar do estudo e contribuíram igualmente como primeiros autores do artigo.

p "Combinamos uma nova configuração experimental com cálculos químicos quânticos. Em nossa opinião, alcançamos um avanço na compreensão dos catalisadores organometálicos, "diz Wernet." Pela primeira vez, fomos capazes de testar empiricamente e validar cálculos de oxidação e redução que não ocorrem localmente no metal, mas sim na molécula inteira. "

p "Essas descobertas são a base para trabalhos futuros em sistemas mais complexos, como o cluster de tetramanganês na fotossíntese. Eles irão facilitar uma nova compreensão dos processos redox para o catalisador de manganês no complexo de proteínas do Fotossistema II, "diz Junko Yano, cientista sênior da Divisão de Biofísica Molecular e Bioimagem Integrada (MBIB) e do Joint Center for Artificial Photosynthesis (JCAP) do Lawrence Berkeley National Laboratory, que está conduzindo pesquisas detalhadas da fotossíntese.