Химиците разкриват тайната на преноса на електрони под налягане

Химиците разкриват тайната на преноса на електрони под налягане

Изследването на фундаменталните химични процеси заема важно място в науката. В последното си проучване изследователи от университета Фридрих-Александър Ерланген-Нюрнберг и университета в Мюнхен изследваха подробно механизмите на пренос на електрони в химични реакции. Тези резултати бяха публикувани наскоро в списанието Nature Chemistry и показват, че редокс реакциите имат широкообхватни приложения в природата и технологиите.

Редокс реакциите са основни процеси, които играят централна роля както в клетъчното дишане, така и в фотосинтезата. Например, глюкозата се окислява до въглероден диоксид по време на клетъчното дишане, докато кислородът се редуцира до вода. Тези процеси са не само важни от биологична гледна точка, но и от промишлено значение, тъй като участват в батериите и горивните клетки, които генерират електрическа енергия от химическа енергия. Електрофизиологично окислително-редукционните реакции могат също да бъдат форсирани от външно напрежение, например при електролиза за получаване на хлор и водород .

Протон-свързан електронен трансфер

Нов фокус на изследванията се основава на протонно-свързания електронен трансфер (PCET). Този метод позволява протичането на редокс реакции без промяна на общия заряд. Учените фундаментално разграничават два механизма на PCET: съгласуван трансфер, при който електроните и протоните се прехвърлят едновременно, и поетапен трансфер, при който тези стъпки се случват отделно. Досега обаче не е имало директен метод за разграничаване на тези два механизма.

За да изследват светлинните реакции, изследователите анализираха влиянието на високото налягане върху индуцираните от светлина реакции на специална фоточувствителна молекула в разтвор. Установено е, че високото налягане, до 1200 пъти атмосферното, оказва значително влияние върху скоростта на реакцията. Постоянните скорости предполагат съгласувани реакции, докато променящите се скорости предполагат поетапни реакции .

Въздействие върху бъдещите технологии

Способността да се контролира реакцията от постепенен към съгласуван механизъм чрез увеличаване на натиска отваря нови перспективи за изследване. Тези констатации са важни не само за фундаменталното разбиране на движенията на електрони и протони, но също така биха могли да имат отражение върху новите технологии за преобразуване и съхранение на химическа енергия. Това е особено важно за приложения в генерирането на слънчево гориво и производството на водород.

Следователно механизмите на редокс реакциите са ключ към разработването на нови енергийно ефективни технологии. В свят, който все повече разчита на устойчиви енергийни решения, изследователите са изправени пред предизвикателството да дешифрират и приложат допълнително тези сложни химически процеси.