Ķīmiķi atklāj elektronu pārneses noslēpumu zem spiediena

Ķīmiķi atklāj elektronu pārneses noslēpumu zem spiediena

Būtisku vietu zinātnē ieņem fundamentālo ķīmisko procesu izpēte. Savā jaunākajā pētījumā pētnieki no Frīdriha-Aleksandra universitātes Erlangenas-Nirnbergas un Minhenes universitātes detalizēti pētīja elektronu pārneses mehānismus ķīmiskajās reakcijās. Šie rezultāti nesen tika publicēti žurnālā Nature Chemistry un parāda, ka redoksreakcijām ir tālejoši pielietojumi dabā un tehnoloģijās.

Redoksreakcijas ir būtiski procesi, kam ir galvenā loma gan šūnu elpošanā, gan fotosintēzē. Piemēram, šūnu elpošanas laikā glikoze tiek oksidēta līdz oglekļa dioksīdam, bet skābeklis tiek reducēts par ūdeni. Šie procesi ir ne tikai bioloģiski svarīgi, bet arī rūpnieciski nozīmīgi, jo tie ir iesaistīti baterijās un kurināmā elementos, kas ģenerē elektroenerģiju no ķīmiskās enerģijas. Elektrofizioloģiski redoksreakcijas var izraisīt arī ārējs spriegums, piemēram, elektrolīzē, lai iegūtu hloru un ūdeņradi. .

Ar protonu savienoto elektronu pārnese

Jauns pētniecības virziens ir balstīts uz protonu savienoto elektronu pārnesi (PCET). Šī metode ļauj notikt redoksreakcijām, nemainot kopējo lādiņu. Zinātnieki būtībā nošķir divus PCET mehānismus: saskaņotu pārnesi, kurā elektroni un protoni tiek pārnesti vienlaicīgi, un pakāpenisku pārnešanu, kurā šie soļi notiek atsevišķi. Tomēr līdz šim nav bijis tiešas metodes, kā atšķirt šos divus mehānismus.

Lai pētītu gaismas reakcijas, pētnieki analizēja augsta spiediena ietekmi uz īpašas gaismjutīgas molekulas gaismas izraisītajām reakcijām šķīdumā. Tika konstatēts, ka augsts spiediens, līdz pat 1200 reizēm lielāks par atmosfēras spiedienu, būtiski ietekmēja reakcijas ātrumu. Pastāvīgi ātrumi liecināja par saskaņotām atbildēm, savukārt mainīgie ātrumi ierosināja pakāpeniskas reakcijas .

Ietekme uz nākotnes tehnoloģijām

Spēja kontrolēt reakciju no pakāpeniskas uz saskaņotu mehānismu, palielinot spiedienu, paver jaunas perspektīvas pētniecībai. Šie atklājumi ir svarīgi ne tikai fundamentālai izpratnei par elektronu un protonu kustībām, bet arī var ietekmēt jaunas tehnoloģijas ķīmiskās enerģijas pārveidošanai un uzglabāšanai. Tas jo īpaši attiecas uz lietojumiem saules enerģijas ražošanā un ūdeņraža ražošanā.

Tāpēc redoksreakciju mehānismi ir jaunu energoefektīvu tehnoloģiju izstrādes atslēga. Pasaulē, kas arvien vairāk atkarīga no ilgtspējīgiem enerģijas risinājumiem, pētniekiem ir izaicinājums turpināt atšifrēt un pielietot šos sarežģītos ķīmiskos procesus.