Kemistit paljastavat paineen alaisen elektroninsiirron salaisuuden

Kemistit paljastavat paineen alaisen elektroninsiirron salaisuuden

Peruskemiallisten prosessien tutkimuksella on tärkeä paikka tieteessä. Friedrich-Alexanderin yliopiston Erlangen-Nürnbergin ja Münchenin yliopiston tutkijat tutkivat viimeisimmässä tutkimuksessaan elektroninsiirron mekanismeja kemiallisissa reaktioissa yksityiskohtaisesti. Nämä tulokset julkaistiin äskettäin Nature Chemistry -lehdessä, ja ne osoittavat, että redox-reaktioilla on kauaskantoisia sovelluksia luonnossa ja tekniikassa.

Redox-reaktiot ovat olennaisia ​​prosesseja, joilla on keskeinen rooli sekä soluhengityksessä että fotosynteesissä. Esimerkiksi glukoosi hapettuu hiilidioksidiksi soluhengityksen aikana, kun taas happi pelkistyy vedeksi. Nämä prosessit eivät ole vain biologisesti tärkeitä, vaan myös teollisesti tärkeitä, koska ne ovat mukana akuissa ja polttokennoissa, jotka tuottavat sähköenergiaa kemiallisesta energiasta. Elektrofysiologisesti redox-reaktiot voidaan pakottaa myös ulkoisella jännitteellä, esimerkiksi elektrolyysissä tuottamaan klooria ja vetyä. .

Protonikytketty elektronien siirto

Uusi tutkimuskohde perustuu protonikytkentäiseen elektroninsiirtoon (PCET). Tämä menetelmä mahdollistaa redox-reaktioiden tapahtumisen muuttamatta kokonaisvarausta. Tiedemiehet erottavat pohjimmiltaan kaksi PCET:n mekanismia: koordinoitu siirto, jossa elektronit ja protonit siirretään samanaikaisesti, ja vaiheittainen siirto, jossa nämä vaiheet tapahtuvat erikseen. Toistaiseksi ei kuitenkaan ole ollut suoraa menetelmää näiden kahden mekanismin erottamiseksi toisistaan.

Valoreaktioiden tutkimiseksi tutkijat analysoivat korkean paineen vaikutusta erityisen valoherkän molekyylin valon aiheuttamiin reaktioihin liuoksessa. Havaittiin, että korkea paine, jopa 1200 kertaa ilmakehän paine, vaikutti merkittävästi reaktionopeuteen. Vakionopeudet ehdottivat yhtenäisiä vasteita, kun taas muuttuvat nopeudet ehdottivat vaiheittaisia ​​vasteita .

Vaikutus tulevaisuuden teknologioihin

Kyky hallita reaktiota asteittaisesta yhtenäiseen mekanismiin lisäämällä painetta avaa uusia näkökulmia tutkimukselle. Nämä havainnot eivät ole tärkeitä vain elektronien ja protonien liikkeiden perustavanlaatuisen ymmärtämisen kannalta, vaan ne voivat myös vaikuttaa uusiin teknologioihin kemiallisen energian muuntamiseksi ja varastoimiseksi. Tämä on erityisen tärkeää aurinkopolttoaineiden ja vedyn tuotannon sovelluksissa.

Redox-reaktioiden mekanismit ovat siksi avainasemassa uusien energiatehokkaiden teknologioiden kehittämisessä. Maailmassa, joka on yhä enemmän riippuvainen kestävistä energiaratkaisuista, tutkijat joutuvat edelleen tulkitsemaan ja soveltamaan näitä monimutkaisia ​​kemiallisia prosesseja.