Científicos del Laboratorio Nacional de Brookhaven en EE.UU. y del Instituto para la Ciencia Molecular en Japón están tratando de imitar parte del complejo proceso natural de la fotosíntesis con el fin de obtener combustibles no contaminantes como el hidrógeno, por ejemplo, para su uso en células de combustible.
Por ahora, ya han logrado imitar la catálisis de oxidación del agua, que se produce en la fotosíntesis natural.
La oxidación hídrica, un paso de la fotosíntesis, es una parte del complejo proceso de descomponer la molécula del agua en hidrógeno y oxígeno.
La descomposición del agua requiere una gran cantidad de energía de la luz del Sol, y catalizadores metálicos para activar las moléculas de agua, muy estables.
Esto se produce como dos "medias reacciones" separadas: la oxidación del agua produce el oxígeno, junto a protones y electrones; estos protones y electrones se combinan entonces para dar lugar a hidrógeno molecular.
Por lo general, se considera que la reacción de oxidación del agua es el proceso "limitador", lo que significa que si no se cataliza eficazmente, se limita la producción de hidrógeno.
No se puede mantener la producción de hidrógeno sin los protones y electrones generados por la oxidación del agua. Así que para obtener hidrógeno a partir del agua en las celdas o células de combustible, los científicos deben vencer el desafío de encontrar vías eficientes y baratas de lograr la oxidación del agua.
El equipo de Brookhaven ha estado colaborando con dos científicos japoneses, Koji Tanaka y Tohru Wada, que en el 2001 descubrieron un nuevo catalizador que parece muy prometedor para la reacción de oxidación del agua.
Para lograr esta reacción, Tanaka y Wada inmovilizaron un catalizador especial de rutenio en un electrodo, lo agregaron a una solución acuosa, y aplicaron un voltaje, resultando una rápida actividad de oxidación de agua en oxígeno.
Los científicos han descubierto que cuando los protones de dos moléculas de agua son retirados debido a reacciones ácido-base en la solución, se transfieren cuatro electrones a sitios receptores de electrones en el catalizador. Una vez que todos los protones han sido retirados, los cálculos teóricos predicen que se forma un enlace oxígeno-oxígeno.
Lo que hace innovador a este catalizador es que en la mayoría de los catalizadores de compuestos basados en metales estos sitios receptores se localizan en los átomos de metal, mientras que en este complejo de rutenio se hallan en las moléculas de quinona.