Chemici odhaľujú tajomstvo prenosu elektrónov pod tlakom

Chemici odhaľujú tajomstvo prenosu elektrónov pod tlakom

Štúdium základných chemických procesov zaujíma vo vede dôležité miesto. Vedci z Friedrich-Alexander University Erlangen-Norimberg a University of Mníchov vo svojej najnovšej štúdii podrobne skúmali mechanizmy prenosu elektrónov pri chemických reakciách. Tieto výsledky boli nedávno publikované v časopise Nature Chemistry a ukazujú, že redoxné reakcie majú ďalekosiahle využitie v prírode a technológii.

Redoxné reakcie sú základné procesy, ktoré hrajú ústrednú úlohu pri bunkovom dýchaní aj pri fotosyntéze. Napríklad glukóza sa počas bunkového dýchania oxiduje na oxid uhličitý, zatiaľ čo kyslík sa redukuje na vodu. Tieto procesy sú nielen biologicky dôležité, ale aj priemyselne dôležité, pretože sa podieľajú na batériách a palivových článkoch, ktoré vyrábajú elektrickú energiu z chemickej energie. Elektrofyziologicky môžu byť redoxné reakcie vynútené aj vonkajším napätím, napríklad pri elektrolýze na výrobu chlóru a vodíka .

Protónovo viazaný prenos elektrónov

Nové zameranie výskumu je založené na prenose elektrónov spojených s protónom (PCET). Táto metóda umožňuje, aby redoxné reakcie prebiehali bez zmeny celkového náboja. Vedci zásadne rozlišujú dva mechanizmy PCET: koordinovaný prenos, pri ktorom sa elektróny a protóny prenášajú súčasne, a postupný prenos, pri ktorom sa tieto kroky vyskytujú oddelene. Doteraz však neexistovala žiadna priama metóda na rozlíšenie týchto dvoch mechanizmov.

Na štúdium svetelných reakcií výskumníci analyzovali vplyv vysokého tlaku na svetlom indukované reakcie špeciálnej fotosenzitívnej molekuly v roztoku. Zistilo sa, že vysoký tlak, až 1200-násobok atmosférického tlaku, výrazne ovplyvnil rýchlosť reakcie. Konštantné rýchlosti naznačovali zosúladené reakcie, zatiaľ čo meniace sa rýchlosti navrhovali postupné reakcie .

Vplyv na technológie budúcnosti

Schopnosť kontrolovať reakciu z postupného na koordinovaný mechanizmus zvyšovaním tlaku otvára nové perspektívy pre výskum. Tieto zistenia sú dôležité nielen pre základné pochopenie pohybov elektrónov a protónov, ale mohli by mať dôsledky aj pre nové technológie na premenu a ukladanie chemickej energie. To je obzvlášť dôležité pre aplikácie pri výrobe solárnych palív a výrobe vodíka.

Mechanizmy redoxných reakcií sú preto kľúčom k vývoju nových energeticky efektívnych technológií. Vo svete, ktorý sa čoraz viac spolieha na udržateľné energetické riešenia, sú výskumníci vyzvaní, aby ďalej dešifrovali a aplikovali tieto zložité chemické procesy.