Nhóm chất mới cho phản ứng oxi hóa khử

Phản ứng oxy hóa khử đóng một vai trò quan trọng trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Trong những phản ứng này, một hợp chất giải phóng electron và bị oxy hóa, trong khi một hợp chất khác nhận electron và bị khử. Ví dụ, các phản ứng oxy hóa khử này được các sinh vật sống khai thác để tích trữ năng lượng.

Phản ứng oxy hóa khử cũng đóng một vai trò quan trọng trong điện hóa học, nơi năng lượng có thể được lưu trữ hoặc vận chuyển dưới vỏ bọc của các hợp chất hóa học. Hầu hết các tổng hợp hóa học cũng liên quan đến phản ứng khử và phản ứng oxy hóa ở mức cơ bản. Do đó, các nhà nghiên cứu trên khắp thế giới đang tìm kiếm các hợp chất hóa học đơn giản, ổn định, có thể bị oxy hóa và khử một cách thuận nghịch và do đó cũng có chức năng như chất khử hoặc chất oxy hóa.

Có thể oxy hóa nhiều giai đoạn

Các nhóm do Tiến sĩ Jonathan P. Hill từ Viện Khoa học Vật liệu Quốc gia ở Tsukuba (Nhật Bản) và Giáo sư Thomas Jung từ Đại học Basel và Viện Paul Scherrer (Thụy Sĩ) dẫn đầu đã chứng minh bằng thực nghiệm pyrazinacenes đã đạt những yêu cầu và có thể bị oxy hóa thuận nghịch trong một quá trình nhiều giai đoạn.

Các pyrazinacenes là một loại hợp chất mới được tạo thành từ các vòng kết nối của các nguyên tử cacbon, nitơ và hydro. Chúng lần đầu tiên được thiết kế, tổng hợp và đặc trưng hóa học trong dung dịch bởi nhóm nghiên cứu của Hill.

Trong dung dịch, các hợp chất có thể bao gồm các số vòng kết nối khác nhau, có thể giải phóng và nhận electron một cách thuận nghịch. Khía cạnh này sẽ được nghiên cứu trong ống nghiệm, lần đầu tiên được quan sát bằng thực nghiệm trên một bề mặt bởi nhóm Jung từ Khoa Vật lý và Viện Khoa học nano Thụy Sĩ tại Đại học Basel. Tiến sĩ Fatemeh Mousavi, người đã đặc trưng hóa cho pyrazinacenes trong nhóm Jung, cho biết: "Các pyrazinacenes oxy hóa thuận nghịch trên bề mặt theo một số bước. Đối với ứng dụng kỹ thuật, điều quan trọng là phải biết rằng chúng cũng hỗ trợ các phản ứng oxy hóa khử khi liên kết với các bề mặt."

Trạng thái oxy hóa có thể được nhận ra

Sử dụng kính hiển vi quét và quang phổ quang điện tử tia X, các nhà khoa học quan sát thấy rằng các hợp chất tự sắp xếp khác nhau tùy thuộc vào trạng thái oxy hóa. Ở dạng khử gốc (thu được trực tiếp sau khi tổng hợp), các phân tử bị cô lập và bất động khi lắng đọng trên một bề mặt, trong khi chúng vận động để tạo thành chuỗi sau bước oxy hóa đầu tiên. Bước oxy hóa thứ hai làm thay đổi hình học của phân tử và chúng lại bị cô lập và bất động.

Điều thú vị là các phản ứng oxy hóa và khử của pyrazinacenes không chỉ bị ảnh hưởng bởi một xung hóa học, mà còn có thể được kích thích bởi ánh sáng nên chúng có thể được coi là hoạt động quang khử.

Thomas Jung kết luận: “Các cuộc điều tra của chúng tôi đã chỉ ra rằng pyrazinacenes là một nhóm hợp chất thú vị có thể được sử dụng để hỗ trợ các phản ứng dựa trên photoredox trong tổng hợp hóa học hoặc hoạt động như các chất chỉ thị của các quá trình điện hóa.”

Hoàng Nam dịch

Theo Science Daily