Ny klasse af stoffer til redoxreaktioner

Redoxreaktioner spiller en vigtig rolle i vores hverdag. I disse reaktioner, en forbindelse frigiver elektroner og oxideres, mens en anden accepterer elektroner og reduceres. Sådanne redoxreaktioner udnyttes af levende organismer, for eksempel, at lagre energi.

Redoxreaktioner spiller også en afgørende rolle i elektrokemi, hvor energi kan lagres eller transporteres i skikkelse af kemiske forbindelser. De fleste kemiske synteser involverer også reduktions- og oxidationsreaktioner på deres grundlæggende niveauer. Forskere over hele verden leder derfor efter simple, stabile kemiske forbindelser, der kan oxideres og reduceres reversibelt og dermed også fungerer som reduktions- eller oxidationsmidler.

Flertrinsoxidation mulig

Holdene ledet af Dr. Jonathan P. Hill fra National Institute for Materials Science i Tsukuba (Japan) og professor Thomas Jung fra University of Basel og Paul Scherrer Institute (Schweiz) har nu eksperimentelt for første gang vist, at pyrazinacener mødes disse krav og kan reversibelt oxideres i en flertrinsproces.

Pyrazinacenerne er en ny kategori af forbindelser, der består af forbundne ringe af kulstof, nitrogen- og brintatomer. De blev først designet, syntetiseret og kemisk karakteriseret i opløsning af Hill-teamet.

I løsning, forbindelserne, som kan bestå af forskellige antal forbundne ringe, kan reversibelt frigive og acceptere elektroner. Dette aspekt, som ellers ville blive undersøgt i et reagensglas, er nu for første gang blevet observeret eksperimentelt på en overflade af Jung-holdet fra Institut for Fysik og Swiss Nanoscience Institute ved Basel Universitet. "Pyrazinacenerne oxiderer reversibelt på en overflade i flere trin. Til deres tekniske anvendelse, det er vigtigt at vide, at de også understøtter redoxreaktioner, når de er bundet til overflader, " rapporterer Dr. Fatemeh Mousavi, der karakteriserede pyrazinacener i Jung-gruppen.

Oxidationstilstand kan genkendes

Ved hjælp af scanning tunneling mikroskopi og røntgen fotoelektron spektroskopi, forskerne observerede, at forbindelserne arrangerer sig forskelligt afhængigt af oxidationstilstanden. I den oprindelige reducerede form (opnået direkte efter syntese), molekylerne er isolerede og immobile, når de aflejres på en overflade, mens de mobiliserer for at danne kæder efter et første oxidationstrin. Et andet oxidationstrin ændrer molekylets geometri, og de er igen isolerede og immobile.

Interessant nok, oxidations- og reduktionsreaktionerne af pyrazinacenerne påvirkes ikke kun af en kemisk impuls, men kan også stimuleres af lys, så de kan betragtes som fotoredox-aktive.

"Vores undersøgelser har vist, at pyrazinacener er en interessant klasse af forbindelser, der kan bruges til at understøtte fotoredox-baserede reaktioner i kemisk syntese, eller fungere som indikatorer for elektrokemiske processer, " slutter Thomas Jung.