Pesquisadores do grupo Llobet desenvolveram um novo material molecular feito de oligômeros e o utilizaram como catalisador na oxidação da água, alcançando densidades de corrente sem precedentes para catalisadores moleculares. O artigo "Eletrocatálise de oxidação de água usando oligômeros de coordenação de rutênio adsorvidos em nanotubos de carbono de paredes múltiplas, "foi publicado em Química da Natureza .

A geração de eletroanodos e cátodos para dispositivos de separação de água baseados em complexos moleculares ancorados em superfícies sólidas está ganhando força graças às suas propriedades versáteis e modulares por meio do design de ligante. Depois de estudar o comportamento catalítico de oligômeros de fórmula geral {[Ru (tda) (4, 4'- bpy)] n (4, 4'-bpy)} (onde n é 1, 2, 4, 5 ou 15), os cientistas da equipe Llobet do ICIQ decidiram ancorá-los em superfícies grafíticas. "Decidimos projetar um material oligomérico baseado em nosso poderoso catalisador Ru (tda) para passar de aplicações homogêneas para heterogêneas. Tivemos que ancorar o catalisador em uma superfície para encontrar uma aplicação tangível em dispositivos de divisão de água, "explica Marcos Gil-Sepulcre, pesquisador de pós-doutorado e coordenador de grupo no grupo Llobet e primeiro co-autor do artigo.

Em colaboração com parceiros internacionais, como Johannes Elemans no Instituto de Moléculas e Materiais Radboud University e Christina Scheu no Max-Planck-Institut fur Eisenforschung GmbH em Dusseldorf, os cientistas realizaram vários estudos de microscopia para caracterizar os materiais híbridos. Além disso, O espalhamento de raios-X de baixo ângulo de incidência rasante (GIWAXS) foi realizado no síncrotron Alba por Marc Malfois e Eduardo Solano. Avançar, cálculos da teoria funcional da densidade (DFT), conduzido pelo grupo ICIQ Maseras, explorar a natureza da interação entre os oligômeros e as superfícies grafíticas. Medições espectroscópicas de absorção de raios-X (XAS) também foram empregadas, em colaboração com o grupo de D. Moonshiram no IMDEA Nanociencia, para analisar os oligômeros nas superfícies grafíticas, e avaliar seu destino durante e após a catálise. Dessa forma, os pesquisadores confirmaram a natureza molecular do oligômero e descobriram que ele é adsorvido à superfície grafítica por meio de interações C-H-π da superfície do catalisador aromático - uma estratégia de ancoragem que nunca foi descrita para catalisadores moleculares até agora.

Um único monômero do oligômero empregado é incapaz de ancorar porque suas interações com a superfície são muito fracas. Encontrando força nos números, uma vez que várias unidades são introduzidas, o grande número de interações C-H-π estabilizam toda a cadeia. A conformação do material híbrido (um nanotubo cercado por oligômeros) é a razão por trás de sua alta eficiência:todos os átomos de rutênio nos oligômeros são centros catalíticos ativos - ao contrário de despejar toneladas de óxidos em eletrodos, como normalmente feito na ciência dos materiais.

O material molecular híbrido resultante se comporta como um eletroanodo robusto e poderoso para a reação de oxidação da água, alcançando densidades de corrente sem precedentes para catalisadores moleculares em toda a faixa de pH, mas especialmente em pH neutro. "Para nosso conhecimento, não há polímero de coordenação, MOF ou COF, ou material organometálico que funciona em condições neutras, dá essas correntes e é estável, "afirma Gil-Sepulcre.

O trabalho fornece a base para o projeto de materiais eletroanódicos moleculares híbridos robustos e eficientes para a oxidação de complexos de Ru à base de água, que pode ser estendido a outros metais de transição e outras reações catalíticas. A equipe já está trabalhando na implementação do material híbrido em células fotoeletroquímicas para testar suas aplicações em um dispositivo divisor de água.