Científicos del Instituto Fritz Haber de la Sociedad Max Planck han descubierto un mecanismo fundamental que explica cómo el ácido fosfórico transporta cargas eléctricas. El estudio, publicado en el Journal of Physical Chemistry A, revela la configuración precisa de las moléculas que actúan como una vía de tránsito de alta velocidad para los protones.
El movimiento de protones es esencial para la vida, ya que impulsa los procesos metabólicos y la transferencia de energía dentro de las células. Más allá de la biología, este eficiente transporte de carga convierte al ácido fosfórico en un componente crítico en pilas de combustible y tecnologías de baterías avanzadas.
Descifrando la estructura molecular
Para observar el proceso en tiempo real, el equipo de investigación se centró en el dímero desprotonado, un par molecular específico que se sospechaba iniciaba el transporte de protones. Al aislar el dímero dentro de una nanogota de helio y enfriarlo a 0,37 grados sobre el cero absoluto, el equipo eliminó cualquier interferencia ambiental.
Mediante el uso de espectroscopia infrarroja, los investigadores descubrieron que el dímero forma una única estructura estable, en lugar de las dos configuraciones predichas por modelos teóricos anteriores. Esta estructura se basa en una red rígida de tres enlaces de hidrógeno conectados por un átomo de oxígeno compartido.
«Los datos experimentales mostraron una sola configuración estable», señaló el informe. El estudio sugiere que este patrón de enlace específico podría ser universal en grupos similares de ácido fosfórico, lo que explica por qué estos materiales conducen protones con tanta eficiencia.
Al comparar sus hallazgos experimentales con cálculos de química cuántica, los investigadores corrigieron suposiciones de larga data sobre el comportamiento de estas moléculas. El descubrimiento proporciona un plano más claro del movimiento de protones a nivel atómico.
Estos nuevos datos ofrecen una base sólida para los ingenieros que trabajan en el desarrollo de materiales energéticos de próxima generación. Al comprender la arquitectura específica de la «autopista de protones», los investigadores pueden diseñar mejores componentes para pilas de combustible que requieran una alta conductividad. Los hallazgos también ofrecen una visión más profunda de la mecánica de los sistemas energéticos biológicos.