A vegyészek megfejtik a nyomás alatti elektrontranszfer titkát

A vegyészek megfejtik a nyomás alatti elektrontranszfer titkát

Az alapvető kémiai folyamatok tanulmányozása fontos helyet foglal el a tudományban. Az Erlangen-Nürnbergi Friedrich-Alexander Egyetem és a Müncheni Egyetem kutatói legújabb tanulmányukban részletesen megvizsgálták a kémiai reakciókban zajló elektronátvitel mechanizmusait. Ezeket az eredményeket a közelmúltban tették közzé a Nature Chemistry folyóiratban, és azt mutatják, hogy a redoxreakcióknak messzemenő alkalmazásai vannak a természetben és a műszaki területen.

A redoxreakciók olyan alapvető folyamatok, amelyek központi szerepet játszanak mind a sejtlégzésben, mind a fotoszintézisben. Például a glükóz a sejtlégzés során szén-dioxiddá oxidálódik, míg az oxigén vízzé. Ezek a folyamatok nemcsak biológiailag fontosak, hanem iparilag is fontosak, mivel az akkumulátorokban és az üzemanyagcellákban vesznek részt, amelyek kémiai energiából állítanak elő elektromos energiát. Elektrofiziológiailag a redoxreakciókat külső feszültség is kikényszerítheti, például az elektrolízis során klór és hidrogén előállítására. .

Protonkapcsolt elektronátvitel

A kutatás új fókusza a proton-csatolt elektrontranszferen (PCET) alapul. Ez a módszer lehetővé teszi a redox reakciók végbemenetelét a teljes töltés megváltoztatása nélkül. A tudósok alapvetően megkülönböztetik a PCET két mechanizmusát: az összehangolt átvitelt, amelyben az elektronok és a protonok egyidejű átvitele történik, és a lépcsőzetes átvitelt, amelyben ezek a lépések külön-külön történnek. Mindeddig azonban nem volt közvetlen módszer a két mechanizmus közötti különbségtételre.

A fényreakciók tanulmányozásához a kutatók elemezték a nagy nyomás hatását egy speciális fényérzékeny molekula fény által kiváltott reakcióira oldatban. Azt találták, hogy a nagy nyomás, akár 1200-szorosa a légköri nyomásnak, jelentősen befolyásolta a reakció sebességét. Az állandó sebességek összehangolt, míg a változó sebességek fokozatos válaszokat sugalltak .

A jövő technológiáira gyakorolt ​​hatás

Új távlatokat nyit a kutatás számára az a képesség, hogy a reakció fokozatosról összehangolt mechanizmusra irányítható a nyomás növelésével. Ezek az eredmények nemcsak az elektronok és protonok mozgásának alapvető megértéséhez fontosak, hanem a kémiai energia átalakítására és tárolására szolgáló új technológiákra is vonatkozhatnak. Ez különösen fontos a napenergia-előállítás és a hidrogéngyártás területén.

A redoxreakciók mechanizmusai ezért kulcsfontosságúak az új energiahatékony technológiák kifejlesztésében. Egy olyan világban, amely egyre inkább a fenntartható energiamegoldásokra támaszkodik, a kutatók számára kihívást jelent ezen összetett kémiai folyamatok további megfejtése és alkalmazása.