In questo roccioso e scompigliato bosco di montagna a 1700 m di altitudine che talvolta frequento, ci si rende particolarmente conto di ciò che la natura riesce a compiere quando sottrae anidride carbonica all’atmosfera attraverso la fotosintesi. La maggior parte dei processi di conversione chimica dell’energia richiede il trasferimento di diversi elettroni per ottenere il prodotto desiderato. Questo rappresenta una sfida importante per la catalisi. Nella scissione efficiente dell’acqua, quattro elettroni vengono rimossi dall’acqua con un apporto energetico relativamente basso. Il problema è che già la rimozione del primo elettrone richiede più del doppio di questa energia.
Come si può manipolare il trasferimento di elettroni per ottenere una perdita minima di energia?
La soluzione a cui miro è un sistema catalitico in cui la rimozione del primo elettrone è accoppiata alle fasi di rimozione successive tramite processi di feedback. I calcoli matematici dimostrano che il primo elettrone può essere reso “schiavo” dei successivi all’interno di un’efficiente trasmissione collettiva a più elettroni, come fanno i fotoni in un laser (ad es. rif. 168, 169, 235, 279).