La enzima artificial divide el agua
Se ha avanzado en el camino hacia la producción de hidrógeno impulsada por la luz solar
Químicos de Würzburg presentan un nuevo catalizador molecular de tipo enzimático para la oxidación del agua.
Preorganización enzimática del agua frente a un catalizador de oxidación del agua de rutenio.
Team Wuerthner, Universität Würzburg
La humanidad se enfrenta a un reto fundamental: debe gestionar la transición hacia una economía energética sostenible y neutra en dióxido de carbono.
El hidrógeno se considera una alternativa prometedora a los combustibles fósiles. Puede producirse a partir del agua utilizando la electricidad. Si la electricidad procede de fuentes renovables, se denomina hidrógeno verde. Pero sería aún más sostenible si el hidrógeno pudiera producirse directamente con la energía de la luz solar.
En la naturaleza, la división del agua impulsada por la luz tiene lugar durante la fotosíntesis en las plantas. Para ello, las plantas utilizan un complejo aparato molecular, el llamado fotosistema II. Imitar su centro activo es una estrategia prometedora para lograr la producción sostenible de hidrógeno. Un equipo dirigido por el profesor Frank Würthner en el Instituto de Química Orgánica y el Centro de Química de Nanosistemas de la Universidad Julius-Maximilians de Würzburg (JMU) está trabajando en ello.
La división del agua no es trivial
El agua está formada por un átomo de oxígeno y dos de hidrógeno. El primer paso de la división del agua es un reto: para liberar el hidrógeno, hay que eliminar el oxígeno de dos moléculas de agua. Para ello, primero es necesario eliminar cuatro electrones y cuatro protones de las dos moléculas de agua.
Esta reacción oxidativa no es trivial. Las plantas utilizan una estructura compleja para catalizar este proceso, que consiste en un grupo con cuatro átomos de manganeso sobre los que se pueden repartir los electrones. El equipo de Würthner ha desarrollado una solución similar dentro de su primer avance publicado en las revistas Nature Chemistry y Energy & Environmental Science en 2016 y 2017, una especie de "enzima artificial" que puede gestionar el primer paso de la división del agua. Este catalizador de oxidación del agua, que consiste en tres centros de rutenio que interactúan en una arquitectura macrocíclica, cataliza con éxito el proceso de oxidación del agua, que es termodinámicamente exigente.
Éxito con una bolsa artificial
Ahora, los químicos de la JMU han conseguido que la sofisticada reacción tenga lugar de forma eficiente en un único centro de rutenio. En el proceso, incluso han conseguido una actividad catalítica similar a la del modelo natural, el aparato fotosintético de las plantas.
"Este éxito fue posible porque nuestro estudiante de doctorado Niklas Noll creó una bolsa artificial alrededor del catalizador de rutenio. En él, las moléculas de agua para la deseada transferencia de electrones acoplada a protones están dispuestas delante del centro de rutenio en una disposición precisamente definida, de forma similar a lo que ocurre en las enzimas", afirma Frank Würthner.
Publicación en Nature Catalysis
El grupo de la JMU presenta los detalles de su novedoso concepto en la revista Nature Catalysis. El equipo formado por Niklas Noll, Ana-Maria Krause, Florian Beuerle y Frank Würthner está convencido de que este principio también es adecuado para mejorar otros procesos catalíticos.
El objetivo a largo plazo del grupo de Würzburg es integrar el catalizador de oxidación del agua en un dispositivo artificial que divida el agua en oxígeno e hidrógeno con ayuda de la luz solar. Esto llevará algún tiempo, ya que el catalizador debe acoplarse con otros componentes para formar un sistema global que funcione, con tintes que cosechen luz y con los llamados catalizadores de reducción.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Más noticias del departamento ciencias
Reciba la química en su bandeja de entrada
No se pierda nada a partir de ahora: Nuestro boletín electrónico de química, análisis, laboratorio y tecnología de procesos le pone al día todos los martes y jueves. Las últimas noticias del sector, los productos más destacados y las innovaciones, de forma compacta y fácil de entender en su bandeja de entrada. Investigado por nosotros para que usted no tenga que hacerlo.
