Kemikere afslører hemmeligheden bag elektronoverførsel under tryk

Kemikere afslører hemmeligheden bag elektronoverførsel under tryk

Studiet af grundlæggende kemiske processer indtager en vigtig plads i videnskaben. I deres seneste undersøgelse undersøgte forskere fra Friedrich-Alexander Universitet Erlangen-Nürnberg og Universitetet i München mekanismerne for elektronoverførsel i kemiske reaktioner i detaljer. Disse resultater blev for nylig offentliggjort i tidsskriftet Nature Chemistry og viser, at redoxreaktioner har vidtrækkende anvendelser i naturen og teknik.

Redoxreaktioner er essentielle processer, der spiller en central rolle i både cellulær respiration og fotosyntese. For eksempel oxideres glucose til kuldioxid under cellulær respiration, mens ilt reduceres til vand. Disse processer er ikke kun biologisk vigtige, men også industrielt relevante, da de er involveret i batterier og brændselsceller, som genererer elektrisk energi fra kemisk energi. Elektrofysiologisk kan redoxreaktioner også fremtvinges af ekstern spænding, for eksempel ved elektrolyse til at producere klor og brint .

Protonkoblet elektronoverførsel

Et nyt forskningsfokus er baseret på protonkoblet elektronoverførsel (PCET). Denne metode tillader redoxreaktioner at forekomme uden at ændre den samlede ladning. Forskere skelner grundlæggende mellem to mekanismer for PCET: samordnet overførsel, hvor elektroner og protoner overføres samtidigt, og trinvis overførsel, hvor disse trin forekommer separat. Men indtil nu har der ikke været nogen direkte metode til at skelne mellem disse to mekanismer.

For at studere lysreaktioner analyserede forskerne indflydelsen af ​​højt tryk på lysinducerede reaktioner af et særligt lysfølsomt molekyle i opløsning. Det viste sig, at højt tryk, op til 1.200 gange atmosfærisk tryk, signifikant påvirkede reaktionshastigheden. Konstante hastigheder antydede samordnede reaktioner, mens skiftende hastigheder antydede trinvise reaktioner .

Indvirkning på fremtidige teknologier

Evnen til at kontrollere en reaktion fra en gradvis til en samordnet mekanisme ved at øge presset åbner nye perspektiver for forskning. Disse resultater er ikke kun vigtige for den grundlæggende forståelse af elektron- og protonbevægelser, men kan også have konsekvenser for nye teknologier til omdannelse og lagring af kemisk energi. Dette er især relevant for anvendelser inden for solenergiproduktion og brintproduktion.

Redoxreaktionernes mekanismer er derfor en nøgle til udviklingen af ​​nye energieffektive teknologier. I en verden, der i stigende grad er afhængig af bæredygtige energiløsninger, udfordres forskere til yderligere at dechifrere og anvende disse komplekse kemiske processer.