Kemister reder ut hemligheten bakom elektronöverföring under tryck

Kemister reder ut hemligheten bakom elektronöverföring under tryck

Studiet av grundläggande kemiska processer intar en viktig plats inom vetenskapen. I sin senaste studie undersökte forskare från Friedrich-Alexander-universitetet Erlangen-Nürnberg och universitetet i München mekanismerna för elektronöverföring i kemiska reaktioner i detalj. Dessa resultat publicerades nyligen i tidskriften Nature Chemistry och visar att redoxreaktioner har långtgående tillämpningar inom natur och teknik.

Redoxreaktioner är väsentliga processer som spelar en central roll i både cellandning och fotosyntes. Till exempel oxideras glukos till koldioxid under cellandning, medan syre reduceras till vatten. Dessa processer är inte bara biologiskt viktiga, utan också industriellt relevanta, eftersom de är involverade i batterier och bränsleceller, som genererar elektrisk energi från kemisk energi. Elektrofysiologiskt kan redoxreaktioner också tvingas fram av extern spänning, till exempel vid elektrolys för att producera klor och väte .

Protonkopplad elektronöverföring

En ny forskningsinriktning baseras på protonkopplad elektronöverföring (PCET). Denna metod tillåter redoxreaktioner att inträffa utan att ändra den totala laddningen. Forskare skiljer i grunden mellan två mekanismer för PCET: samordnad överföring, där elektroner och protoner överförs samtidigt, och stegvis överföring, där dessa steg sker separat. Men hittills har det inte funnits någon direkt metod för att skilja mellan dessa två mekanismer.

För att studera ljusreaktioner analyserade forskarna inverkan av högt tryck på ljusinducerade reaktioner av en speciell ljuskänslig molekyl i lösning. Det visade sig att högt tryck, upp till 1 200 gånger atmosfärstrycket, signifikant påverkade reaktionshastigheten. Konstanta hastigheter föreslog samordnade svar, medan ändrade hastigheter föreslog stegvisa svar .

Inverkan på framtida teknologier

Förmågan att kontrollera en reaktion från en gradvis till en samordnad mekanism genom att öka trycket öppnar nya perspektiv för forskning. Dessa fynd är inte bara viktiga för den grundläggande förståelsen av elektron- och protonrörelser, utan kan också ha konsekvenser för ny teknik för omvandling och lagring av kemisk energi. Detta är särskilt relevant för applikationer inom solenergiproduktion och väteproduktion.

Mekanismerna för redoxreaktioner är därför en nyckel till utvecklingen av ny energieffektiv teknik. I en värld som i allt högre grad är beroende av hållbara energilösningar, utmanas forskare att ytterligare dechiffrera och tillämpa dessa komplexa kemiska processer.