Des chimistes découvrent le secret du transfert d’électrons sous pression

Des chimistes découvrent le secret du transfert d’électrons sous pression

L'étude des processus chimiques fondamentaux occupe une place importante dans la science. Dans leur dernière étude, des chercheurs de l'Université Friedrich-Alexander d'Erlangen-Nuremberg et de l'Université de Munich ont examiné en détail les mécanismes de transfert d'électrons dans les réactions chimiques. Ces résultats ont été récemment publiés dans la revue Nature Chemistry et montrent que les réactions redox ont des applications de grande envergure dans la nature et l'ingénierie.

Les réactions redox sont des processus essentiels qui jouent un rôle central à la fois dans la respiration cellulaire et dans la photosynthèse. Par exemple, le glucose est oxydé en dioxyde de carbone lors de la respiration cellulaire, tandis que l'oxygène est réduit en eau. Ces processus sont non seulement importants sur le plan biologique, mais également sur le plan industriel, car ils sont impliqués dans les batteries et les piles à combustible, qui génèrent de l'énergie électrique à partir d'énergie chimique. Sur le plan électrophysiologique, les réactions redox peuvent également être forcées par une tension externe, par exemple lors de l'électrolyse pour produire du chlore et de l'hydrogène. .

Transfert d'électrons couplé à des protons

Un nouvel axe de recherche repose sur le transfert d'électrons couplé à des protons (PCET). Cette méthode permet aux réactions redox de se produire sans modifier la charge globale. Les scientifiques distinguent fondamentalement deux mécanismes du PCET : le transfert concerté, dans lequel les électrons et les protons sont transférés simultanément, et le transfert par étapes, dans lequel ces étapes se produisent séparément. Cependant, jusqu’à présent, il n’existait aucune méthode directe permettant de différencier ces deux mécanismes.

Pour étudier les réactions lumineuses, les chercheurs ont analysé l’influence de la haute pression sur les réactions induites par la lumière d’une molécule photosensible spéciale en solution. Il a été constaté qu’une pression élevée, jusqu’à 1 200 fois la pression atmosphérique, influençait de manière significative la vitesse de réaction. Des vitesses constantes suggéraient des réponses concertées, tandis que des vitesses changeantes suggéraient des réponses par étapes. .

Impact sur les technologies futures

La capacité de contrôler une réaction d’un mécanisme graduel à un mécanisme concerté par une pression croissante ouvre de nouvelles perspectives de recherche. Ces découvertes sont non seulement importantes pour la compréhension fondamentale des mouvements des électrons et des protons, mais pourraient également avoir des implications pour les nouvelles technologies de conversion et de stockage de l'énergie chimique. Ceci est particulièrement pertinent pour les applications dans la production de combustible solaire et la production d’hydrogène.

Les mécanismes des réactions redox sont donc une clé pour le développement de nouvelles technologies économes en énergie. Dans un monde de plus en plus dépendant de solutions énergétiques durables, les chercheurs sont mis au défi de mieux déchiffrer et d’appliquer ces processus chimiques complexes.