Kemičari otkrivaju tajnu prijenosa elektrona pod pritiskom

Kemičari otkrivaju tajnu prijenosa elektrona pod pritiskom

Proučavanje temeljnih kemijskih procesa zauzima važno mjesto u znanosti. U svojoj najnovijoj studiji istraživači sa Sveučilišta Friedrich-Alexander Erlangen-Nürnberg i Sveučilišta u Münchenu detaljno su ispitali mehanizme prijenosa elektrona u kemijskim reakcijama. Ovi su rezultati nedavno objavljeni u časopisu Nature Chemistry i pokazuju da redoks reakcije imaju dalekosežne primjene u prirodi i tehnologiji.

Redoks reakcije su ključni procesi koji igraju središnju ulogu u staničnom disanju i fotosintezi. Na primjer, glukoza se oksidira u ugljični dioksid tijekom staničnog disanja, dok se kisik reducira u vodu. Ovi procesi nisu samo biološki važni, već su i industrijski važni, budući da su uključeni u baterije i gorive ćelije, koje proizvode električnu energiju iz kemijske energije. Elektrofiziološki, redoks reakcije također mogu biti potaknute vanjskim naponom, na primjer u elektrolizi za proizvodnju klora i vodika .

Protonski spregnuti prijenos elektrona

Novi fokus istraživanja temelji se na proton spregnutom prijenosu elektrona (PCET). Ova metoda omogućuje odvijanje redoks reakcija bez promjene ukupnog naboja. Znanstvenici temeljno razlikuju dva mehanizma PCET-a: usklađeni prijenos, u kojem se elektroni i protoni prenose istovremeno, i postupni prijenos, u kojem se ti koraci odvijaju odvojeno. Međutim, do sada nije postojala izravna metoda za razlikovanje ova dva mehanizma.

Kako bi proučili svjetlosne reakcije, istraživači su analizirali utjecaj visokog tlaka na svjetlosno inducirane reakcije posebne fotoosjetljive molekule u otopini. Utvrđeno je da visoki tlak, do 1200 puta veći od atmosferskog, značajno utječe na brzinu reakcije. Konstantne brzine sugerirale su usklađene odgovore, dok su promjenjive brzine sugerirale postupne odgovore .

Utjecaj na buduće tehnologije

Sposobnost kontrole reakcije od postupnog do usklađenog mehanizma povećanjem pritiska otvara nove perspektive za istraživanje. Ova otkrića nisu važna samo za temeljno razumijevanje kretanja elektrona i protona, već bi mogla imati i implikacije za nove tehnologije za pretvaranje i pohranjivanje kemijske energije. Ovo je posebno važno za primjene u proizvodnji solarnog goriva i vodika.

Mehanizmi redoks reakcija stoga su ključni za razvoj novih energetski učinkovitih tehnologija. U svijetu koji se sve više oslanja na održiva energetska rješenja, istraživači su pred izazovom daljnjeg dešifriranja i primjene ovih složenih kemijskih procesa.