Chemici ontrafelen het geheim van elektronenoverdracht onder druk

Chemici ontrafelen het geheim van elektronenoverdracht onder druk

De studie van fundamentele chemische processen neemt een belangrijke plaats in in de wetenschap. In hun nieuwste onderzoek onderzochten onderzoekers van de Friedrich-Alexander Universiteit Erlangen-Neurenberg en de Universiteit van München de mechanismen van elektronenoverdracht in chemische reacties in detail. Deze resultaten zijn onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Nature Chemistry en laten zien dat redoxreacties verreikende toepassingen hebben in de natuur en techniek.

Redoxreacties zijn essentiële processen die een centrale rol spelen bij zowel cellulaire ademhaling als fotosynthese. Glucose wordt bijvoorbeeld tijdens cellulaire ademhaling geoxideerd tot koolstofdioxide, terwijl zuurstof wordt gereduceerd tot water. Deze processen zijn niet alleen biologisch belangrijk, maar ook industrieel relevant, omdat ze betrokken zijn bij batterijen en brandstofcellen, die uit chemische energie elektrische energie opwekken. Elektrofysiologisch gezien kunnen redoxreacties ook worden geforceerd door externe spanning, bijvoorbeeld bij elektrolyse om chloor en waterstof te produceren .

Proton-gekoppelde elektronenoverdracht

Een nieuwe focus van onderzoek is gebaseerd op proton-gekoppelde elektronenoverdracht (PCET). Met deze methode kunnen redoxreacties plaatsvinden zonder de algehele lading te veranderen. Wetenschappers maken fundamenteel onderscheid tussen twee mechanismen van PCET: gecoördineerde overdracht, waarbij elektronen en protonen gelijktijdig worden overgedragen, en stapsgewijze overdracht, waarbij deze stappen afzonderlijk plaatsvinden. Tot nu toe was er echter geen directe methode om onderscheid te maken tussen deze twee mechanismen.

Om lichtreacties te bestuderen analyseerden de onderzoekers de invloed van hoge druk op lichtgeïnduceerde reacties van een speciaal lichtgevoelig molecuul in oplossing. Er werd gevonden dat hoge druk, tot 1200 keer de atmosferische druk, de reactiesnelheid aanzienlijk beïnvloedde. Constante snelheden suggereerden gezamenlijke reacties, terwijl veranderende snelheden stapsgewijze reacties suggereerden .

Impact op toekomstige technologieën

Het vermogen om een ​​reactie van een geleidelijk naar een gecoördineerd mechanisme te beheersen door de druk te vergroten, opent nieuwe perspectieven voor onderzoek. Deze bevindingen zijn niet alleen belangrijk voor het fundamentele begrip van elektronen- en protonbewegingen, maar kunnen ook implicaties hebben voor nieuwe technologieën voor het omzetten en opslaan van chemische energie. Dit is met name relevant voor toepassingen bij de opwekking van zonnebrandstof en waterstofproductie.

De mechanismen van redoxreacties zijn daarom een ​​sleutel tot de ontwikkeling van nieuwe energie-efficiënte technologieën. In een wereld die steeds afhankelijker wordt van duurzame energieoplossingen, worden onderzoekers uitgedaagd om deze complexe chemische processen verder te ontcijferen en toe te passen.