Chemikai atskleidžia elektronų perdavimo esant slėgiui paslaptį

Chemikai atskleidžia elektronų perdavimo esant slėgiui paslaptį

Pagrindinių cheminių procesų tyrimas moksle užima svarbią vietą. Naujausiame tyrime Friedricho-Aleksandro universiteto Erlangeno-Niurnbergo ir Miuncheno universiteto mokslininkai išsamiai ištyrė elektronų perdavimo cheminėse reakcijose mechanizmus. Šie rezultatai neseniai buvo paskelbti žurnale Nature Chemistry ir rodo, kad redokso reakcijos turi platų pritaikymą gamtoje ir technologijoje.

Redokso reakcijos yra esminiai procesai, kurie atlieka pagrindinį vaidmenį tiek ląstelių kvėpavime, tiek fotosintezėje. Pavyzdžiui, ląstelinio kvėpavimo metu gliukozė oksiduojama į anglies dioksidą, o deguonis – į vandenį. Šie procesai yra svarbūs ne tik biologiškai, bet ir pramoniniu požiūriu, nes jie dalyvauja baterijose ir kuro elementuose, kurie generuoja elektros energiją iš cheminės energijos. Elektrofiziologiškai redokso reakcijas taip pat gali sukelti išorinė įtampa, pavyzdžiui, elektrolizės metu gaminant chlorą ir vandenilį. .

Su protonu susietų elektronų perdavimas

Naujas tyrimų objektas yra pagrįstas protonų susietų elektronų perdavimu (PCET). Šis metodas leidžia redokso reakcijoms vykti nekeičiant bendro krūvio. Mokslininkai iš esmės skiria du PCET mechanizmus: suderintą perdavimą, kai elektronai ir protonai perduodami vienu metu, ir laipsnišką perdavimą, kai šie žingsniai vyksta atskirai. Tačiau iki šiol nebuvo tiesioginio metodo, kaip atskirti šiuos du mechanizmus.

Norėdami ištirti šviesos reakcijas, mokslininkai išanalizavo aukšto slėgio įtaką specialios šviesai jautrios molekulės tirpale šviesos sukeliamoms reakcijoms. Nustatyta, kad aukštas slėgis, iki 1200 kartų didesnis už atmosferos slėgį, reikšmingai paveikė reakcijos greitį. Pastovūs greičiai siūlė suderintus atsakymus, o besikeičiantys greičiai – laipsnišką atsaką .

Poveikis ateities technologijoms

Galimybė kontroliuoti reakciją nuo laipsniško iki suderinto mechanizmo didinant spaudimą atveria naujas mokslinių tyrimų perspektyvas. Šios išvados yra svarbios ne tik pagrindiniam elektronų ir protonų judėjimo supratimui, bet ir gali turėti įtakos naujoms cheminės energijos konvertavimo ir saugojimo technologijoms. Tai ypač aktualu saulės kuro ir vandenilio gamyboje.

Todėl redokso reakcijų mechanizmai yra raktas į naujų energiją taupančių technologijų kūrimą. Pasaulyje, kuris vis labiau priklausomas nuo tvarios energijos sprendimų, mokslininkams kyla iššūkis toliau iššifruoti ir taikyti šiuos sudėtingus cheminius procesus.