Muchos procesos importantes en la naturaleza dependen de catalizadores, que son átomos o moléculas que facilitan una reacción, pero emergen de ellos mismos sin cambios. Un ejemplo es la fotosíntesis en plantas, que solo es posible con la ayuda de un complejo de proteínas que comprende cuatro átomos de manganesositios en su centro. Las reacciones redox, como se les conoce, a menudo juegan un papel fundamental en este tipo de procesos. Los reactivos se reducen mediante la absorción de electrones, o se oxidan a través de su liberación. Los procesos redox catalíticos en la naturaleza y la industria a menudo solo tienen éxitogracias a catalizadores adecuados, donde los metales de transición cumplen una función importante.
radiografías suaves en BESSY II
Estos metales de transición y, en particular, su estado redox u oxidación pueden examinarse particularmente bien usando rayos X suaves, porque los estados electrónicos se pueden medir con precisión usando espectroscopía de rayos X. En lo que se conoce como espectroscopía de absorción del borde L, los electrones dela capa 2p del metal de transición se excita para que ocupen los orbitales d libres. Se puede determinar una diferencia de energía a partir del espectro de absorción de rayos X que refleja el estado de oxidación de la molécula o el catalizador de una manera conocida. Sin embargo, exactamentedonde los electrones son absorbidos o liberados por el catalizador durante una reacción redox, es decir, exactamente cómo la densidad de carga en el catalizador varía con el estado de oxidación, antes era difícil de verificar, debido principalmente a la falta de métodos confiables para la descripción teórica decargar densidades en las moléculas de catalizador en los estados fundamental y excitado, y la dificultad de obtener datos experimentales confiables. Si los metales de transición se encuentran en grandes cLos complejos de moléculas orgánicas complejas, como suelen ser para catalizadores redox reales, su estudio se vuelve extremadamente difícil porque los rayos X provocan daños en la muestra.
Muestra en solución examinada en diferentes estados de oxidación
Ahora, por primera vez, un equipo internacional del Helmholtz-Zentrum Berlin, la Universidad de Uppsala Suecia, el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley en Berkeley EE. UU., La Universidad de Manchester Gran Bretaña y el Laboratorio Nacional de Aceleración SLAC en la Universidad de StanfordEE. UU. Ha logrado estudiar átomos de manganeso en diferentes estados de oxidación, es decir, durante diferentes etapas de oxidación, en diversos compuestos a través de mediciones operando en BESSY II. Para lograr esto, Philippe Wernet y su equipo introdujeron las muestras en varios solventes,examinó los chorros de estos líquidos utilizando rayos X y comparó sus datos con los cálculos novedosos del grupo de Marcus Lundberg en la Universidad de Uppsala. "Logramos determinar cómo, y sobre todo por qué, los espectros de absorción de rayos X cambian con los estados de oxidación", dice el teórico Marcus Lundberg. Los estudiantes de doctorado Markus Kubin HZB con su experiencia experimental y Meiyuan Guo Universidad de Uppsala con su experiencia teórica ref.enseñó el enfoque interdisciplinario del estudio y contribuyeron igualmente como primeros autores del artículo.
Avance a través de una combinación de teoría y experimento
"Combinamos una nueva configuración experimental con cálculos químicos cuánticos. En nuestra opinión, hemos logrado un gran avance en la comprensión de los catalizadores organometálicos", dice Wernet. "Por primera vez, pudimos probar y validar empíricamente los cálculos paraoxidación y reducción que no tienen lugar localmente en el metal, sino en la molécula completa "." Estos hallazgos son una piedra angular para el trabajo futuro en sistemas más complejos, como el clúster de tetra manganeso en la fotosíntesis. Facilitarán una nueva comprensión de redoxprocesos para el catalizador de manganeso en el complejo proteico Photosystem II ", dice Junko Yano, científico principal de la División de Biofísica Molecular y Bioimagen Integrada MBIB y el Centro Conjunto de Fotosíntesis Artificial JCAP en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, quien está llevando a cabo una investigación detalladade fotosíntesis.
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Materiales proporcionado por Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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