Научници за првпат добија детален увид во тоа како електроните, протоните и молекулите на водата се движат заедно во една од најефикасните реакции за пренос на енергија во природата.
Истражувањето го предводеа научници од Националната лабораторија „Пацифик Нортвест“ при американското Министерство за енергетика, во соработка со SLAC National Accelerator Laboratory и повеќе универзитети. Резултатите се објавени во списанието Nature Communications.
Во центарот на студијата е процесот познат како протонски спрегнат пренос на електрони. Тој се среќава во фотосинтезата, биолошкото создавање енергија и различни хемиски реакции. Кога електроните и протоните се движат координирано, реакцијата може да се одвива побрзо и со помалку потрошена енергија.
Истражувачите активирале молекула со светлина, а потоа со ултрабpзи Х-зраци ги следеле промените што се случуваат во текот на реакцијата. Со комбинирање на спектроскопија, расејување на Х-зраци и компјутерски симулации, тие набљудувале како се менува електронската структура на молекулата додека таа прима протон.
Истовремено, молекулите на водата околу реактивната молекула се прераспоредуваат. Ова покажува дека преносот на енергија не зависи само од промените во самата молекула, туку и од нејзината непосредна водена средина.
За експериментот бил избран добро проучен комплекс базиран на рутениум. Тој апсорбира светлина и, во кисела средина, прима протон од околината. Неговата релативно едноставна реакција им овозможила на научниците полесно да ги издвојат сигналите поврзани со движењето на електроните, протоните и растворувачот.
Една од клучните предности на пристапот е комбинирањето на две техники. Спектроскопијата со Х-зраци покажала каде се пренесуваат електроните, додека временски разрешеното расејување открило како се менуваат положбите на атомите и водената мрежа околу молекулата. Теоретските пресметки помогнале овие сигнали да се претворат во молекуларна слика на реакцијата.
Протонот не можел да се набљудува директно, бидејќи Х-зраците многу полесно ги откриваат атомите со поголем број електрони. Сепак, научниците ги следеле последиците од неговото движење преку локалните промени во електронската структура и поширокото прераспоредување на водата.
Новата метода може да се примени и на посложени хемиски системи. Подоброто разбирање на овие ултрабpзи процеси би можело да помогне во развојот на поефикасни катализатори, горивни ќелии, проточни батерии и други технологии за претворање и складирање енергија.
