Kjemikere avdekker hemmeligheten bak elektronoverføring under trykk

Kjemikere avdekker hemmeligheten bak elektronoverføring under trykk

Studiet av grunnleggende kjemiske prosesser inntar en viktig plass i vitenskapen. I sin siste studie undersøkte forskere fra Friedrich-Alexander-universitetet Erlangen-Nürnberg og Universitetet i München mekanismene for elektronoverføring i kjemiske reaksjoner i detalj. Disse resultatene ble nylig publisert i tidsskriftet Nature Chemistry og viser at redoksreaksjoner har vidtrekkende anvendelser i natur og ingeniørfag.

Redoksreaksjoner er essensielle prosesser som spiller en sentral rolle i både cellulær respirasjon og fotosyntese. For eksempel blir glukose oksidert til karbondioksid under cellulær respirasjon, mens oksygen reduseres til vann. Disse prosessene er ikke bare biologisk viktige, men også industrielt relevante, da de er involvert i batterier og brenselceller, som genererer elektrisk energi fra kjemisk energi. Elektrofysiologisk kan redoksreaksjoner også fremtvinges av ekstern spenning, for eksempel ved elektrolyse for å produsere klor og hydrogen .

Protonkoblet elektronoverføring

Et nytt forskningsfokus er basert på protonkoblet elektronoverføring (PCET). Denne metoden lar redoksreaksjoner oppstå uten å endre den totale ladningen. Forskere skiller fundamentalt mellom to mekanismer for PCET: samordnet overføring, der elektroner og protoner overføres samtidig, og trinnvis overføring, der disse trinnene skjer separat. Men til nå har det ikke vært noen direkte metode for å skille mellom disse to mekanismene.

For å studere lysreaksjoner analyserte forskerne påvirkningen av høyt trykk på lysinduserte reaksjoner til et spesielt lysfølsomt molekyl i løsning. Det ble funnet at høyt trykk, opptil 1200 ganger atmosfærisk trykk, påvirket reaksjonshastigheten betydelig. Konstante hastigheter antydet samordnede responser, mens skiftende hastigheter antydet trinnvise responser .

Innvirkning på fremtidige teknologier

Evnen til å kontrollere en reaksjon fra en gradvis til en samordnet mekanisme ved å øke presset åpner nye perspektiver for forskning. Disse funnene er ikke bare viktige for den grunnleggende forståelsen av elektron- og protonbevegelser, men kan også ha implikasjoner for nye teknologier for konvertering og lagring av kjemisk energi. Dette er spesielt relevant for applikasjoner innen solbrenselproduksjon og hydrogenproduksjon.

Mekanismene til redoksreaksjoner er derfor en nøkkel til utviklingen av nye energieffektive teknologier. I en verden som i økende grad er avhengig av bærekraftige energiløsninger, utfordres forskere til ytterligere å tyde og anvende disse komplekse kjemiske prosessene.