Chimiștii dezvăluie secretul transferului de electroni sub presiune

Chimiștii dezvăluie secretul transferului de electroni sub presiune

Studiul proceselor chimice fundamentale ocupă un loc important în știință. În ultimul lor studiu, cercetătorii de la Universitatea Friedrich-Alexander Erlangen-Nürnberg și de la Universitatea din München au examinat în detaliu mecanismele transferului de electroni în reacțiile chimice. Aceste rezultate au fost publicate recent în revista Nature Chemistry și arată că reacțiile redox au aplicații de anvergură în natură și inginerie.

Reacțiile redox sunt procese esențiale care joacă un rol central atât în ​​respirația celulară, cât și în fotosinteză. De exemplu, glucoza este oxidată la dioxid de carbon în timpul respirației celulare, în timp ce oxigenul este redus la apă. Aceste procese nu sunt doar importante din punct de vedere biologic, ci și relevante din punct de vedere industrial, deoarece sunt implicate în baterii și celule de combustibil, care generează energie electrică din energie chimică. Din punct de vedere electrofiziologic, reacțiile redox pot fi forțate și de tensiune externă, de exemplu în electroliză pentru a produce clor și hidrogen .

Transferul de electroni cuplati cu protoni

Un nou obiectiv al cercetării se bazează pe transferul de electroni cuplați cu protoni (PCET). Această metodă permite să apară reacții redox fără a modifica încărcătura totală. Oamenii de știință disting în mod fundamental între două mecanisme ale PCET: transferul concertat, în care electronii și protonii sunt transferați simultan și transferul treptat, în care acești pași au loc separat. Cu toate acestea, până acum nu a existat o metodă directă de diferențiere între aceste două mecanisme.

Pentru a studia reacțiile luminoase, cercetătorii au analizat influența presiunii ridicate asupra reacțiilor induse de lumină ale unei molecule fotosensibile speciale în soluție. S-a constatat că presiunea ridicată, de până la 1.200 de ori presiunea atmosferică, a influențat semnificativ viteza de reacție. Vitezele constante au sugerat răspunsuri concertate, în timp ce vitezele în schimbare au sugerat răspunsuri în trepte .

Impact asupra tehnologiilor viitoare

Capacitatea de a controla o reacție de la un mecanism gradual la unul concertat prin creșterea presiunii deschide noi perspective pentru cercetare. Aceste descoperiri nu sunt importante doar pentru înțelegerea fundamentală a mișcărilor electronilor și protonilor, dar ar putea avea și implicații pentru noile tehnologii de conversie și stocare a energiei chimice. Acest lucru este deosebit de relevant pentru aplicațiile în generarea de combustibil solar și producția de hidrogen.

Mecanismele reacțiilor redox sunt, prin urmare, o cheie pentru dezvoltarea de noi tehnologii eficiente din punct de vedere energetic. Într-o lume care se bazează tot mai mult pe soluții energetice durabile, cercetătorii sunt provocați să descifreze și să aplice în continuare aceste procese chimice complexe.