Chemici odhalují tajemství přenosu elektronů pod tlakem

Chemici odhalují tajemství přenosu elektronů pod tlakem

Studium základních chemických procesů zaujímá ve vědě důležité místo. Vědci z Friedrich-Alexander University Erlangen-Norimberk a University of Munich ve své nejnovější studii podrobně zkoumali mechanismy přenosu elektronů v chemických reakcích. Tyto výsledky byly nedávno zveřejněny v časopise Nature Chemistry a ukazují, že redoxní reakce mají dalekosáhlé aplikace v přírodě a technologii.

Redoxní reakce jsou základní procesy, které hrají ústřední roli jak v buněčném dýchání, tak ve fotosyntéze. Například glukóza se během buněčného dýchání oxiduje na oxid uhličitý, zatímco kyslík se redukuje na vodu. Tyto procesy jsou nejen biologicky důležité, ale také průmyslově relevantní, protože se účastní baterií a palivových článků, které generují elektrickou energii z chemické energie. Elektrofyziologicky mohou být redoxní reakce vynuceny také vnějším napětím, například při elektrolýze za vzniku chlóru a vodíku .

Protonově vázaný přenos elektronů

Nové zaměření výzkumu je založeno na protonově spřaženém přenosu elektronů (PCET). Tato metoda umožňuje, aby redoxní reakce probíhaly beze změny celkového náboje. Vědci zásadně rozlišují dva mechanismy PCET: koordinovaný přenos, při kterém se elektrony a protony přenášejí současně, a postupný přenos, při kterém tyto kroky probíhají odděleně. Doposud však neexistoval žádný přímý způsob, jak tyto dva mechanismy odlišit.

Pro studium světelných reakcí výzkumníci analyzovali vliv vysokého tlaku na světlem indukované reakce speciální fotosenzitivní molekuly v roztoku. Bylo zjištěno, že vysoký tlak, až 1200násobek atmosférického tlaku, významně ovlivnil rychlost reakce. Konstantní rychlosti naznačovaly koordinované odezvy, zatímco měnící se rychlosti naznačovaly postupné reakce .

Vliv na budoucí technologie

Schopnost řídit reakci z postupného na koordinovaný mechanismus zvyšováním tlaku otevírá nové perspektivy pro výzkum. Tato zjištění nejsou důležitá pouze pro základní pochopení pohybů elektronů a protonů, ale mohou mít také důsledky pro nové technologie pro přeměnu a skladování chemické energie. To je zvláště důležité pro aplikace při výrobě solárních paliv a výrobě vodíku.

Mechanismy redoxních reakcí jsou proto klíčem k vývoji nových energeticky účinných technologií. Ve světě, který stále více závisí na udržitelných energetických řešeních, jsou výzkumníci vyzváni k dalšímu rozluštění a aplikaci těchto složitých chemických procesů.