29.10.24 – Assemblato su un foglio di grafene un nuovo materiale biomimetico spesso un solo atomo, potenziale catalizzatore bifunzionale, utile per varie applicazioni tecnologiche, dalle batterie ricaricabili al trasporto di energia. La ricerca è stata condotta da un gruppo di lavoro internazionale coordinato dall’Università degli Studi di Trieste, Istituto Officina dei Materiali (Cnr-Iom), Elettra Sincrotrone Trieste e Laboratorio di Nanostrutture di Superficie dell’EPFL in Svizzera.
Il potenziale catalizzatore mima le funzionalità della vitamina B12 ed è bifunzionale, dunque capace di favorire due reazioni chimiche distinte, ciascuna sostenuta da un diverso stato di ossidazione del metallo. Anche nota come cobalamina, molecola al cui centro è legato un solo atomo di cobalto, la vitamina B12 è infatti in grado di catalizzare reazioni diverse a seconda del contesto. I risultati dello studio, con risvolti applicativi importanti nel campo dell’accumulo e trasporto di energia, sono stati pubblicati nella rivista scientifica Advanced Functional Materials.
Il cobalto è uno dei metalli strategici all’interno della tavola periodica, già particolarmente usato in catalisi. La sua funzionalità può essere controllata definendo il modo in cui si coordina e calibrando il suo stato di ossidazione. In natura la vitamina B12 – anche nota come cobalamina, poiché caratterizzata da un singolo atomo di cobalto – nelle sue diverse forme e attraverso complessi meccanismi, è a sua volta in grado di regolare lo stato di ossidazione di questo singolo atomo di cobalto, cambiando quindi la propria reattività e stabilità.
I ricercatori, pertanto, hanno sintetizzo una matrice di molecole bidimensionali e singoli atomi di cobalto, utilizzando come tavolo da lavoro un singolo foglio di grafene. Controllando la coordinazione, sono stati così in grado di modulare gli stati di ossidazione del cobalto proprio come avviene nella vitamina B12, riuscendo ad ottenere anche fasi in cui più stati di ossidazione sono co-presenti nel materiale
In conclusione, gli studiosi sono riusciti a sintetizzare e caratterizzare un nuovo materiale, le cui proprietà sono determinate da interazioni elettroniche e magnetiche a lungo raggio tra i diversi centri di reazione, ovvero i singoli atomi di cobalto. Ciò è stato possibile sfruttando in combinazione le tecniche sperimentali più all’avanguardia, utilizzando sorgenti laser, luce di sincrotrone e tecniche di microscopia, abbinate a simulazioni numeriche. (Red.)
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www.cnr.it
https://doi.org/10.1002/adfm.202408200
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