Vattenoxidationsreaktionen (WOR) är en av de viktigaste reaktionerna på planeten eftersom den är källan till nästan alla atmosfärens syre. Att förstå dess invecklingar kan inneha nyckeln till att förbättra reaktionens effektivitet. Tyvärr, reaktionens mekanismer är komplexa och mellanprodukterna mycket instabila, vilket gör deras isolering och karakterisering extremt utmanande. För att övervinna detta, forskare använder molekylära katalysatorer som modeller för att förstå de grundläggande aspekterna av vattenoxidation-särskilt syre-syrebindningsbildande reaktion.

För första gången, forskare i ICIQ:s Lloret-Fillol-grupp, som minutiöst studerar WOR, har isolerat och fullt ut karakteriserat en svårfångad mellanprodukt som genereras efter syre-syrebindningsbildningshändelsen-reaktionens hastighetsbestämmande steg. Arbetet, en internationell insats som leds av ICIQ i samarbete med University of Groningen (Nederländerna) och Synchrotron SOLEIL (Frankrike), har publicerats i Naturkemi . "Vårt arbete har direkta konsekvenser i vår förmåga att titta på syre-syrebindningsbildningssteget och de efterföljande reaktionsmellanprodukterna, "förklarar Julio Lloret-Fillol, ICIQ gruppledare och ICREA professor, huvudförfattare till tidningen.

Genom att ändra villkoren i deras katalytiska system, forskarna har kristalliserat Ru (IV) sido-peroxo som genereras efter det hastighetsbestämande steget i reaktionen, händelsen syre-syrebindning bildas. "Papperet hjälper till att bättre förstå mekanismen för bildandet av syre-syrebindning, eftersom det visar direkt bevis för en enda plats mekanism för att bilda syre-syre bindning, en av de mekanismer som postulerats för fotosystem II, "hävdar Carla Casadevall, tidigare doktorand student i Lloret -gruppen, nu Marie Skłodowska-Curie postdoktoral forskare vid Erwin Reisner-gruppen vid University of Cambridge och första författare till tidningen.

Trots omfattande ansträngningar för att belysa dess mekanism, WOR är fortfarande inte helt förstått, föranleder en pågående debatt med flera förslag angående bildningsmekanismen för syre-syrebindningen. Forskarna har använt märkningsstudier för att övervaka mellanprodukterna som bildades både före och efter det hastighetsbestämmande steget i WOR. Den här vägen, de har kunnat tillhandahålla direkta bevis på bildandet av syre-syre-bindningen genom nukleofil attack från vatten från metall-oxo.

"Det här dokumentet bevisar igen att väldefinierade molekylkomplex erbjuder tillgång till grundläggande aspekter av WOR, annars mycket utmanande, vilket kommer att vara användbart för ytterligare effektiv katalysatordesign, "avslutar Casadevall.