Novel molecular catalysts for water oxidation: towards artificial photosynthesis

Abstract

L’objectiud’aquesta tesi és el desenvolupamenticaracteritzacióde nouscatalitzadors per a l’oxidació d’aigua a partir complexos metàl•lics, especialment amb metalls de la primera sèrie de transició. En el segon capítol d’aquesta tesi s’explora la activitat catalítica homogènia per a l’oxidació d’aigua d’un compost de ruteni d’enllaç metall-metall, [Ru2(μ-O2CCH3)4]. Aquest catalitzador esta estabilitzat perlligands disponibles i de baix cost, per tant no requereix el disseny delligands orgànics. El tercer capítol d’aquesta tesi estudia l’activitatcatalítica d’un nou compost de cobalt basat en la química dels polioxometalts: [Co9(H2O)6(OH)3(HPO4)2(PW9O34)3]16− (Co9). Els nostres experiments demostren que aquest compost és un catalitzador homogeni per a l’oxidació d’aigua produïda químicament, electroquímicament o induïda per llum. En el quart capítol d’aquesta tesi es relata la preparacióicaracterització d'unpolímerbasaten un compost de cobalt de tipus blau de Prússia, hexacianoferratde cobalt (CoHCF),queposseeixmoltes delescaracterístiquesclau: es formaa partir de metalls abundants, funcionaa pHneutreicondicions ambientalsi ésrobust.

The objective of this thesis is the development and characterization of new catalysts for the oxidation of water from metal complexes, especially first row transitionmetals. In the second chapter of this thesis we explore the homogeneous catalytic oxidation of water with a metal-metal bonded ruthenium compound [Ru2(μ-O2CCH3)4]. This catalyst is stabilized by available and inexpensive ligands, so it does not require the design of organic ligands. The third chapter of this thesis report the catalytic activity of a new cobalt compound based on polioxometalate chemistry [Co9(H2O)6(OH)3( HPO4 )2(PW9O34)3]16-( Co9). Our experiments show that this compound is a homogeneous catalyst for the oxidation of water produced chemically, induced by light or electrochemically. The fourth chapter of this thesis describes the preparation and characterization of a Prussian blue type polymer: cobalt hexacyanoferrate (CoHCF), which posses many of the key features necessaries for a viable WOC: it is formed from inexpensive metals, it works at neutral pH and ambient conditions and it is robust.