De wateroxidatiereactie (WOR) is een van de belangrijkste reacties op aarde, omdat het de bron is van bijna alle zuurstof in de atmosfeer. Het begrijpen van de fijne kneepjes ervan kan de sleutel zijn om de efficiëntie van de reactie te verbeteren. Helaas, de reactiemechanismen zijn complex en de tussenproducten zeer onstabiel, waardoor hun isolatie en karakterisering uiterst uitdagend wordt. Om dit te overwinnen, wetenschappers gebruiken moleculaire katalysatoren als modellen om de fundamentele aspecten van wateroxidatie te begrijpen, met name de zuurstof-zuurstofbinding-vormende reactie.

Voor de eerste keer, wetenschappers in de Lloret-Fillol-groep van ICIQ, die minutieus WOR bestuderen, hebben een ongrijpbaar tussenproduct geïsoleerd en volledig gekarakteriseerd dat is gegenereerd na de vorming van zuurstof-zuurstofbindingen - de snelheidsbepalende stap van de reactie. Het werk, een internationale inspanning onder leiding van ICIQ in samenwerking met de Universiteit van Groningen (Nederland) en Synchrotron SOLEIL (Frankrijk), is gepubliceerd in Natuurchemie . "Ons werk heeft directe implicaties in ons vermogen om te kijken naar de vormingsstap van zuurstof-zuurstofbindingen en de daaropvolgende reactietussenproducten, " legt Julio Lloret-Fillol uit, ICIQ-groepsleider en ICREA-hoogleraar, hoofdauteur van het artikel.

Door de omstandigheden in hun katalytische systeem te wijzigen, de onderzoekers hebben de Ru(IV) side-on peroxo gekristalliseerd die is gegenereerd na de snelheidsbepalende stap van de reactie, de vorming van zuurstof-zuurstofbindingen. "Het artikel zal helpen om het mechanisme van de vorming van zuurstof-zuurstofbindingen beter te begrijpen, omdat het direct bewijs toont voor een single-site mechanisme om de zuurstof-zuurstofbinding te vormen, een van de gepostuleerde mechanismen voor fotosysteem II, " beweert Carla Casadevall, voormalig Ph.D. leerling van de Lloret-groep, nu een Marie Skłodowska-Curie postdoctoraal onderzoeker bij de Erwin Reisner-groep aan de Universiteit van Cambridge en eerste auteur van het artikel.

Ondanks uitgebreide pogingen om het mechanisme ervan op te helderen, WOR is nog steeds niet helemaal begrepen, aanleiding tot een voortdurend debat met verschillende voorstellen betreffende het vormingsmechanisme van de zuurstof-zuurstofbinding. De onderzoekers hebben labelstudies gebruikt om de tussenproducten te controleren die zowel voor als na de snelheidsbepalende stap van WOR worden gevormd. Op deze manier, ze hebben direct bewijs kunnen leveren van de vorming van de zuurstof-zuurstofbinding door water-nucleofiele aanval van de metaal-oxo.

"Dit artikel bewijst opnieuw dat goed gedefinieerde moleculaire complexen toegang bieden tot fundamentele aspecten van WOR, anders zeer uitdagend, die nuttig zal zijn voor een verder efficiënt katalysatorontwerp, " concludeert Casadevall.