Chemicy odkrywają tajemnicę przenoszenia elektronów pod ciśnieniem

Chemicy odkrywają tajemnicę przenoszenia elektronów pod ciśnieniem

Badanie podstawowych procesów chemicznych zajmuje ważne miejsce w nauce. W swoim najnowszym badaniu naukowcy z Uniwersytetu Fryderyka Aleksandra w Erlangen-Norymberdze i Uniwersytetu w Monachium szczegółowo zbadali mechanizmy przenoszenia elektronów w reakcjach chemicznych. Wyniki te opublikowano niedawno w czasopiśmie Nature Chemistry i pokazują, że reakcje redoks mają dalekosiężne zastosowania w przyrodzie i inżynierii.

Reakcje redoks to niezbędne procesy, które odgrywają kluczową rolę zarówno w oddychaniu komórkowym, jak i fotosyntezie. Na przykład glukoza jest utleniana do dwutlenku węgla podczas oddychania komórkowego, podczas gdy tlen jest redukowany do wody. Procesy te są ważne nie tylko biologicznie, ale także przemysłowo, ponieważ biorą udział w bateriach i ogniwach paliwowych, które wytwarzają energię elektryczną z energii chemicznej. Z elektrofizjologicznego punktu widzenia reakcje redoks mogą być również wymuszone przez napięcie zewnętrzne, na przykład podczas elektrolizy w celu wytworzenia chloru i wodoru .

Transfer elektronów sprzężony z protonami

Nowy kierunek badań opiera się na transferze elektronów sprzężonych z protonami (PCET). Metoda ta umożliwia zajście reakcji redoks bez zmiany całkowitego ładunku. Naukowcy zasadniczo rozróżniają dwa mechanizmy PCET: transfer skoordynowany, w którym elektrony i protony są przenoszone jednocześnie, oraz transfer etapowy, w którym etapy te zachodzą oddzielnie. Jednak do chwili obecnej nie opracowano bezpośredniej metody rozróżnienia tych dwóch mechanizmów.

Aby zbadać reakcje świetlne, naukowcy przeanalizowali wpływ wysokiego ciśnienia na reakcje wywołane światłem specjalnej światłoczułej cząsteczki w roztworze. Stwierdzono, że wysokie ciśnienie, do 1200 razy większe od ciśnienia atmosferycznego, znacząco wpływa na szybkość reakcji. Stałe prędkości sugerowały skoordynowane reakcje, podczas gdy zmieniające się prędkości sugerowały reakcje stopniowe .

Wpływ na technologie przyszłości

Możliwość kontrolowania reakcji od mechanizmu stopniowego do skoordynowanego poprzez zwiększanie ciśnienia otwiera nowe perspektywy badawcze. Odkrycia te są ważne nie tylko dla podstawowego zrozumienia ruchów elektronów i protonów, ale mogą również mieć wpływ na nowe technologie przekształcania i magazynowania energii chemicznej. Jest to szczególnie istotne w przypadku zastosowań związanych z wytwarzaniem paliwa słonecznego i produkcją wodoru.

Mechanizmy reakcji redoks są zatem kluczem do rozwoju nowych, energooszczędnych technologii. W świecie coraz bardziej zależnym od zrównoważonych rozwiązań energetycznych przed badaczami stoi wyzwanie dalszego rozszyfrowania i zastosowania tych złożonych procesów chemicznych.