Investigadores del grupo Llobet han desarrollado un nuevo material molecular a base de oligómeros y lo han utilizado como catalizador en la oxidación del agua. logrando densidades de corriente sin precedentes para catalizadores moleculares. El artículo "Electrocatálisis de oxidación del agua utilizando oligómeros de coordinación de rutenio adsorbidos en nanotubos de carbono de paredes múltiples, "ha sido publicado en Química de la naturaleza .

La generación de electro-ánodos y cátodos para dispositivos de división de agua basados ​​en complejos moleculares anclados en superficies sólidas está ganando terreno gracias a sus propiedades versátiles y modulares a través del diseño de ligandos. Después de estudiar el comportamiento catalítico de los oligómeros de fórmula general {[Ru (tda) (4, 4'- bpy)] n (4, 4'-bpy)} (donde n es 1, 2, 4, 5 o 15), los científicos del equipo Llobet del ICIQ se propusieron anclarlos en superficies grafíticas. "Decidimos diseñar un material oligomérico basado en nuestro poderoso catalizador Ru (tda) para pasar de aplicaciones homogéneas a heterogéneas. Tuvimos que anclar el catalizador en una superficie para encontrar una aplicación tangible en dispositivos de división de agua, "explica Marcos Gil-Sepulcre, investigadora postdoctoral y coordinadora de grupo del grupo Llobet y primera coautora del trabajo.

En colaboración con socios internacionales como Johannes Elemans en el Instituto de Moléculas y Materiales de la Universidad de Radboud y Christina Scheu en el Max-Planck-Institut fur Eisenforschung GmbH en Dusseldorf, los científicos llevaron a cabo múltiples estudios de microscopía para caracterizar los materiales híbridos. Además, La dispersión de rayos X de ángulo pequeño de incidencia rasante (GIWAXS) fue realizada en el sincrotrón Alba por Marc Malfois y Eduardo Solano. Más lejos, cálculos de la teoría de densidad funcional (DFT), realizado por el grupo ICIQ Maseras, explorar la naturaleza de la interacción entre los oligómeros y las superficies grafíticas. También se emplearon mediciones espectroscópicas de absorción de rayos X (XAS), en colaboración con el grupo de D. Moonshiram en IMDEA Nanociencia, analizar los oligómeros en las superficies grafíticas, y evaluar su destino durante y después de la catálisis. De esta manera, los investigadores confirmaron la naturaleza molecular del oligómero y descubrieron que se adsorbe en la superficie grafítica a través de interacciones C-H-π de superficie de catalizador aromático, una estrategia de anclaje que nunca se ha descrito para catalizadores moleculares hasta ahora.

Un solo monómero del oligómero empleado no puede anclarse porque sus interacciones con la superficie son demasiado débiles. Encontrando fuerza en los números una vez que se introducen varias unidades, el gran número de interacciones C-H-π estabilizan toda la cadena. La conformación del material híbrido (un nanotubo rodeado de oligómeros) es la razón detrás de su alta eficiencia:todos los átomos de rutenio en los oligómeros son centros catalíticos activos, en contraposición a verter tonos de óxidos en los electrodos como se hace habitualmente en la ciencia de los materiales.

El material molecular híbrido resultante se comporta como un electro-ánodo robusto y potente para la reacción de oxidación del agua logrando densidades de corriente sin precedentes para los catalizadores moleculares en todo el rango de pH. pero especialmente a pH neutro. "Hasta donde sabemos, no hay polímero de coordinación, MOF o COF, o material organometálico que trabaja en condiciones neutras, da estas corrientes y es estable, "afirma Gil-Sepulcre.

El trabajo proporciona la base para diseñar materiales de electro-ánodos moleculares híbridos robustos y eficientes para la oxidación de complejos de Ru a base de agua, que se puede extender a otros metales de transición y otras reacciones catalíticas. El equipo ya está trabajando en la implementación del material híbrido en células fotoelectroquímicas para probar sus aplicaciones en un dispositivo de división de agua.