Confinando una sola molécula de agua a través de la ingeniería de cristales moleculares para la oxidación del agua

RESUMEN Los grupos de agua unidos por enlaces de hidrógeno (H 2 O) nocultan la reactividad intrínseca del H 2 O monomérico (n = 1) al restringir la reorientación molecular. Elucidar el comportamiento catalítico del agua aislada sigue siendo un desafío clave en la química de fase acuosa. Aquí, abordamos esto diseñando un cristal molecular que confina uniformemente moléculas de agua individuales en cavidades tetraédricas idénticas. Esta plataforma, CB‐H 2 O, exhibe una actividad excepcional para la conversión foto-catalítica de H 2 O a H 2 O 2, logrando 7.03 mmol g − 1 h − 1 con agua pura, representando una mejora de 11.6 veces en comparación con los controles deficientes en cavidad y siendo marcadamente superior a los sistemas foto-catalíticos existentes. Esta ventaja de rendimiento se atribuye directamente al agua monomérica definida cristalográficamente, como lo verifican el etiquetado isotópico y la espectroscopía in-situ. Los cálculos teóricos demuestran además que el confinamiento en cavidad elimina las penalizaciones de reorganización de enlaces de hidrógeno, reduciendo sustancialmente la barrera de activación para la oxidación del agua. Nuestro trabajo establece la catálisis del agua monomérica como un paradigma distinto y eficiente, mostrando la ingeniería de cristales moleculares como un enfoque versátil para adaptar reacciones involucradas con agua para una catálisis sostenible.