Keemikud paljastavad elektronide ülekande saladuse rõhu all

Keemikud paljastavad elektronide ülekande saladuse rõhu all

Põhiliste keemiliste protsesside uurimisel on teaduses oluline koht. Friedrich-Alexanderi ülikooli Erlangen-Nürnbergi ja Müncheni ülikooli teadlased uurisid oma viimases uuringus üksikasjalikult elektronide ülekande mehhanisme keemilistes reaktsioonides. Need tulemused avaldati hiljuti ajakirjas Nature Chemistry ja need näitavad, et redoksreaktsioonidel on looduses ja tehnikas kaugeleulatuvad rakendused.

Redoksreaktsioonid on olulised protsessid, mis mängivad keskset rolli nii raku hingamises kui ka fotosünteesis. Näiteks glükoos oksüdeerub rakulise hingamise käigus süsinikdioksiidiks, hapnik aga veeks. Need protsessid pole mitte ainult bioloogiliselt olulised, vaid ka tööstuslikult olulised, kuna need on seotud akude ja kütuseelementidega, mis toodavad keemilisest energiast elektrienergiat. Elektrofüsioloogiliselt võib redoksreaktsioone sundida ka välispinge, näiteks elektrolüüsi käigus kloori ja vesiniku tootmiseks. .

Prootoniga seotud elektronide ülekanne

Uurimistöö uus fookus põhineb prooton-sidestatud elektronide ülekandel (PCET). See meetod võimaldab redoksreaktsioonide toimumist ilma üldist laengut muutmata. Teadlased eristavad põhimõtteliselt kahte PCET-i mehhanismi: kooskõlastatud ülekanne, kus elektronid ja prootonid kantakse üle üheaegselt, ja astmeline ülekanne, mille käigus need etapid toimuvad eraldi. Seni pole aga olnud otsest meetodit nende kahe mehhanismi eristamiseks.

Valgusreaktsioonide uurimiseks analüüsisid teadlased kõrgrõhu mõju lahuses oleva spetsiaalse valgustundliku molekuli valgusest põhjustatud reaktsioonidele. Leiti, et kõrge rõhk, kuni 1200 korda suurem atmosfäärirõhust, mõjutas oluliselt reaktsiooni kiirust. Pidevad kiirused viitasid kooskõlastatud reaktsioonidele, muutuvad kiirused aga astmelistele reaktsioonidele .

Mõju tulevikutehnoloogiatele

Võimalus kontrollida reaktsiooni järkjärgulisest mehhanismist kooskõlastatud mehhanismini, suurendades survet, avab uurimistööks uusi perspektiive. Need leiud ei ole olulised mitte ainult elektronide ja prootonite liikumise fundamentaalseks mõistmiseks, vaid võivad avaldada mõju ka uutele tehnoloogiatele keemilise energia muundamiseks ja salvestamiseks. See on eriti oluline päikeseenergia ja vesiniku tootmise rakenduste puhul.

Redoksreaktsioonide mehhanismid on seetõttu uute energiatõhusate tehnoloogiate väljatöötamise võtmeks. Maailmas, mis sõltub üha enam säästvatest energialahendustest, on teadlastel väljakutse neid keerulisi keemilisi protsesse täiendavalt dešifreerida ja rakendada.