Des chercheurs de Bochum et de Berkeley ont étudié pourquoi les cages peuvent augmenter l'activité catalytique des molécules fermées. En utilisant la spectroscopie térahertz et des simulations informatiques complexes, ils ont montré que l'eau encapsulée dans une minuscule cage a des propriétés spéciales, structurellement et dynamiquement distinctes de toute phase connue de l'eau. L'eau forme une goutte à l'intérieur de la cage qui facilite l'encapsulation d'une molécule hôte, c'est-à-dire pour accéder au centre catalytique. L'équipe de recherche décrit les propriétés thermodynamiques de cette forme particulière d'eau, qui n'ont jamais été observés auparavant, dans la revue Actes de l'Académie nationale des sciences ( PNAS ) publié en ligne le 14 décembre 2020.

L'équipe dirigée par le professeur Martina Havenith, Responsable de la Chaire de Chimie Physique II à la Ruhr-Universität Bochum et Conférencier du Cluster of Excellence Ruhr Explores Solvation, Résoudre pour faire court, coopéré pendant le travail avec le professeur Teresa Head-Gordon, Le professeur Ken Raymond et le professeur Dean Toste de l'Université de Californie à Berkeley.

L'eau dans la cage n'est ni solide ni liquide normale

Certaines constructions moléculaires ont une cavité interne remplie d'eau, qui peut être catalytiquement active, c'est-à-dire qu'il peut faciliter la réaction de certaines molécules. Les scientifiques ont reproduit ces conditions dans leurs expériences à l'aide de nanocapsules. Ils ont étudié les molécules d'eau encapsulées et leurs propriétés.

Une théorie récente suggère que, Dans ces circonstances, l'eau formerait des amas glacés. L'équipe a réfuté cette théorie dans le travail actuel. Le spectre térahertz - une sorte d'empreinte chimique - de l'eau confinée semblait différent des spectres de toutes les phases de l'eau connues auparavant. Il ne ressemblait ni au spectre de la glace ni au spectre de l'eau en vrac à haute pression.

Au lieu, une gouttelette formée de neuf molécules d'eau reliées en interne par des liaisons hydrogène, tandis que le réseau de liaisons hydrogène était rompu à la surface de la gouttelette. "Les mouvements des molécules d'eau dans la cage sont plus contraints, " explique Martina Havenith. " On ne peut pas se contenter de cet état. " Du coup, le vidage de la cavité est allégé par rapport à l'eau en vrac normale, facilitant l'entrée d'un invité dans la cavité.

L'équipe de Ken Raymond et Dean Toste a synthétisé la nanocage pour la présente étude. Le groupe dirigé par Martina Havenith a ensuite analysé le réseau de liaisons hydrogène de l'eau confinée à l'aide de la spectroscopie térahertz. Teresa Head-Gordon a simulé l'expérience à l'aide de simulations informatiques appelées simulations de dynamique moléculaire ab initio.