Redoxreacties spelen een belangrijke rol in ons dagelijks leven. Bij deze reacties één verbinding geeft elektronen af ​​en wordt geoxideerd, terwijl een ander elektronen accepteert en wordt gereduceerd. Dergelijke redoxreacties worden uitgebuit door levende organismen, bijvoorbeeld, energie op te slaan.

Redoxreacties spelen ook een cruciale rol in de elektrochemie, waar energie kan worden opgeslagen of getransporteerd onder het mom van chemische verbindingen. De meeste chemische syntheses omvatten ook reductie- en oxidatiereacties op hun fundamentele niveaus. Onderzoekers over de hele wereld zijn daarom op zoek naar eenvoudige, stabiele chemische verbindingen die reversibel kunnen worden geoxideerd en gereduceerd en dus ook als reductie- of oxidatiemiddel kunnen fungeren.

Meertraps oxidatie mogelijk

De teams onder leiding van Dr. Jonathan P. Hill van het National Institute for Materials Science in Tsukuba (Japan) en professor Thomas Jung van de University of Basel en het Paul Scherrer Institute (Zwitserland) hebben nu voor het eerst experimenteel aangetoond dat pyrazinacenen elkaar ontmoeten. aan deze vereisten en kunnen in een meertrapsproces omkeerbaar worden geoxideerd.

De pyrazinacenen zijn een nieuwe categorie verbindingen bestaande uit verbonden ringen van koolstof, stikstof- en waterstofatomen. Ze werden eerst ontworpen, gesynthetiseerd en chemisch gekarakteriseerd in oplossing door het Hill-team.

in oplossing, de verbindingen, die kan bestaan ​​uit verschillende aantallen verbonden ringen, kan omkeerbaar elektronen afgeven en accepteren. dit aspect, die anders in een reageerbuis zou worden bestudeerd, is nu voor het eerst experimenteel waargenomen op een oppervlak door het Jung-team van de afdeling Natuurkunde en het Zwitserse Nanoscience Institute aan de Universiteit van Basel. "De pyrazinacenen oxideren in verschillende stappen omkeerbaar op een oppervlak. Voor hun technische toepassing, het is belangrijk om te weten dat ze ook redoxreacties ondersteunen wanneer ze aan oppervlakken worden gebonden, " meldt Dr. Fatemeh Mousavi, die pyrazinacenen in de Jung-groep kenmerkte.

Oxidatietoestand kan worden herkend

Met behulp van scanning tunneling microscopie en röntgenfoto-elektronenspectroscopie, de wetenschappers merkten op dat de verbindingen zich anders rangschikken, afhankelijk van de oxidatietoestand. In de natieve gereduceerde vorm (direct verkregen na synthese), de moleculen zijn geïsoleerd en immobiel wanneer ze op een oppervlak worden afgezet, terwijl ze mobiliseren om ketens te vormen na een eerste oxidatiestap. Een tweede oxidatiestap verandert de geometrie van het molecuul en ze worden opnieuw geïsoleerd en immobiel.

interessant, de oxidatie- en reductiereacties van de pyrazinacenen worden niet alleen beïnvloed door een chemische impuls, maar kunnen ook door licht worden gestimuleerd, zodat ze als foto-redox-actief kunnen worden beschouwd.

"Onze onderzoeken hebben aangetoond dat pyrazinacenen een interessante klasse van verbindingen zijn die kunnen worden gebruikt om op fotoredox gebaseerde reacties in chemische synthese te ondersteunen, of fungeren als indicatoren van elektrochemische processen, ’ besluit Thomas Jung.