I chimici svelano il segreto del trasferimento di elettroni sotto pressione

I chimici svelano il segreto del trasferimento di elettroni sotto pressione

Lo studio dei processi chimici fondamentali occupa un posto importante nella scienza. Nel loro ultimo studio, i ricercatori dell’Università Friedrich-Alexander di Erlangen-Norimberga e dell’Università di Monaco hanno esaminato in dettaglio i meccanismi del trasferimento di elettroni nelle reazioni chimiche. Questi risultati sono stati recentemente pubblicati sulla rivista Nature Chemistry e mostrano che le reazioni redox hanno applicazioni di vasta portata in natura e in tecnologia.

Le reazioni redox sono processi essenziali che svolgono un ruolo centrale sia nella respirazione cellulare che nella fotosintesi. Ad esempio, il glucosio viene ossidato in anidride carbonica durante la respirazione cellulare, mentre l'ossigeno viene ridotto in acqua. Questi processi non sono solo importanti dal punto di vista biologico, ma anche rilevanti dal punto di vista industriale, poiché sono coinvolti nelle batterie e nelle celle a combustibile, che generano energia elettrica dall’energia chimica. Dal punto di vista elettrofisiologico, le reazioni redox possono anche essere forzate dalla tensione esterna, ad esempio nell'elettrolisi per produrre cloro e idrogeno .

Trasferimento di elettroni accoppiati a protoni

Un nuovo focus di ricerca si basa sul trasferimento di elettroni accoppiati a protoni (PCET). Questo metodo consente che si verifichino reazioni redox senza modificare la carica complessiva. Gli scienziati distinguono fondamentalmente tra due meccanismi del PCET: il trasferimento concertato, in cui elettroni e protoni vengono trasferiti simultaneamente, e il trasferimento graduale, in cui questi passaggi avvengono separatamente. Tuttavia, fino ad ora non esisteva un metodo diretto per distinguere tra questi due meccanismi.

Per studiare le reazioni alla luce, i ricercatori hanno analizzato l'influenza dell'alta pressione sulle reazioni indotte dalla luce di una speciale molecola fotosensibile in soluzione. Si è scoperto che l'alta pressione, fino a 1.200 volte la pressione atmosferica, ha influenzato in modo significativo la velocità di reazione. Le velocità costanti suggerivano risposte concertate, mentre le velocità variabili suggerivano risposte graduali .

Impatto sulle tecnologie future

La capacità di controllare una reazione da un meccanismo graduale a un meccanismo concertato aumentando la pressione apre nuove prospettive per la ricerca. Questi risultati non sono importanti solo per la comprensione fondamentale dei movimenti di elettroni e protoni, ma potrebbero anche avere implicazioni per le nuove tecnologie di conversione e stoccaggio dell’energia chimica. Ciò è particolarmente rilevante per le applicazioni nella generazione di combustibile solare e nella produzione di idrogeno.

I meccanismi delle reazioni redox sono quindi una chiave per lo sviluppo di nuove tecnologie ad alta efficienza energetica. In un mondo sempre più dipendente da soluzioni energetiche sostenibili, i ricercatori sono chiamati a decifrare e applicare ulteriormente questi complessi processi chimici.