Kemiki razvozlajo skrivnost prenosa elektronov pod pritiskom

Kemiki razvozlajo skrivnost prenosa elektronov pod pritiskom

Preučevanje temeljnih kemijskih procesov zavzema pomembno mesto v znanosti. V svoji zadnji študiji so raziskovalci z Univerze Friedrich-Alexander Erlangen-Nürnberg in Univerze v Münchnu podrobno preučili mehanizme prenosa elektronov v kemičnih reakcijah. Ti rezultati so bili nedavno objavljeni v reviji Nature Chemistry in kažejo, da imajo redoks reakcije daljnosežne aplikacije v naravi in ​​tehniki.

Redoks reakcije so bistveni procesi, ki igrajo osrednjo vlogo pri celičnem dihanju in fotosintezi. Na primer, glukoza se med celičnim dihanjem oksidira v ogljikov dioksid, medtem ko se kisik reducira v vodo. Ti procesi niso samo biološko pomembni, ampak tudi industrijsko pomembni, saj so vključeni v baterije in gorivne celice, ki proizvajajo električno energijo iz kemične energije. Elektrofiziološko lahko redoks reakcije sproži tudi zunanja napetost, na primer pri elektrolizi za proizvodnjo klora in vodika .

Protonsko sklopljeni prenos elektronov

Nov fokus raziskav temelji na protonsko sklopljenem prenosu elektronov (PCET). Ta metoda omogoča redoks reakcije brez spreminjanja celotnega naboja. Znanstveniki bistveno razlikujejo med dvema mehanizmoma PCET: usklajen prenos, pri katerem se elektroni in protoni prenašajo hkrati, in postopni prenos, pri katerem se ti koraki pojavljajo ločeno. Vendar do zdaj ni bilo neposredne metode za razlikovanje med tema dvema mehanizmoma.

Za preučevanje svetlobnih reakcij so raziskovalci analizirali vpliv visokega tlaka na svetlobno inducirane reakcije posebne fotoobčutljive molekule v raztopini. Ugotovljeno je bilo, da je visok tlak, do 1200-krat večji od atmosferskega tlaka, pomembno vplival na hitrost reakcije. Konstantne hitrosti so predlagale usklajene odzive, medtem ko so spreminjajoče se hitrosti predlagale postopne odzive .

Vpliv na tehnologije prihodnosti

Sposobnost nadzora reakcije od postopnega do usklajenega mehanizma s povečevanjem pritiska odpira nove perspektive za raziskave. Te ugotovitve niso pomembne le za temeljno razumevanje gibanja elektronov in protonov, ampak bi lahko imele tudi posledice za nove tehnologije za pretvorbo in shranjevanje kemične energije. To je še posebej pomembno za uporabo pri pridobivanju sončnega goriva in proizvodnji vodika.

Mehanizmi redoks reakcij so torej ključni za razvoj novih energetsko učinkovitih tehnologij. V svetu, ki je vse bolj odvisen od trajnostnih energetskih rešitev, se raziskovalci soočajo z izzivom, da te zapletene kemične procese še naprej dešifrirajo in uporabijo.