Protonin siirron kontrolloimat reaktiot neste-nesterajapinnalla

    Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

    Abstrakti

    Neste-nesterajapintojen sähkökemia on ollut yksi modernin sähkökemian osa-alueista jo lähes 40 vuoden ajan. Tutkimus on pääasiassa keskittynyt varauksensiirtoon veden ja orgaa-nisen liuoksen välisellä rajapinnalla. Faasien välinen galvaanipotentiaaliero, joka kontrolloi ionien jakautumista niiden välillä, saadaan aikaan joko kemiallisesti tai ulkoisella jännite-lähteellä. Monet luonnossa tapahtuvat tärkeät reaktiot, kuten fotosynteesi tai soluhengitys, tapahtuvat solukalvossa, joka muistuttaa veden ja orgaanisen liottimen rajapintaa. Siksi neste-nesterajapintojen sähkökemia on erinomainen tapa tutkia bio- mimeettistä hapen pelkistystä. Hapen pelkistyksessä galvaanipotentiaalieron kontrolloima protonin siirto kytkeytyy yhteen elektroninsiirron kanssa. Happi pelkistyy orgaanisessa faasissa vain, kun faasien välinen galvaanipotentiaaliero on niin suuri, että protoni voi siirtyä rajapinnan yli. Tässä työssä tutkittiin hapen ja vetyperoksidin pelkistämistä 1,2-diferrosenyylietaanilla. Tulokset osoittivat, että vetyperoksidin pelkistys on hapen pelkistystä nopeampaa, mutta molemmat reaktiot ovat hitaita heikon termodynaamisen ajavan voiman takia. Reaktiota voidaan nopeuttaa käyttämällä molekulaarisia katalyyttejä, ja neste-nesterajapintojen sähkökemia on erinomainen tapa vertailla eri katalyyttien selektiivisyyttä ja aktiivisuutta. Työssä tutkittiin sytokromi-c-oksidaasin aktiivista keskusta muistuttavia biskoboltti- porfyriinejä, sillä sytokromi-c-oksidaasi on ainoa luonnollinen happea pelkistävä entsyymi. Yllätykseksemme nämä katalyytit tuottivat merkittäviä määriä vetyperoksidia edellisten tulosten vastaisesti. Tulokset osoittivat, että vetyperoksidia syntyy hapen sitoutuessa katalyytin ulkopuolelle, ja pelkistys vedeksi tapahtuu hapen sitoutuessa bisporfyriinin sisälle, joten hapen pelkistys biskobolttiporfyriineillä tapahtuu ”dock-on/dock-in” mekanismin mukaisesti. Hapen pelkistystä neste-nesterajapinnalla voidaan myös käyttää uudenlaisessa polttokennossa. Kennossa vety hapettuu anodilla kuten tyypillisessäkin polttokennossa, mutta happi pelkistyy neste-nesterajapinnalla. Redoxmediaattori regeneroidaan katodilla, mikä sulkee sähköisen virtapiirin. Protonin siirtoa neste-nesterajapinnan yli voidaan käyttää myös katalysoimaan ferroseenimetanolin SN1-substituutiota. Tässä uudenlaisessa orgaanisten kemikaalien synteesimenetelmässä reaktio voidaan aloittaa tai lopettaa kontrolloimalla galvaanipotentiaalieron avulla katalyytin eli protonin konsentraatiota orgaanisessa faasissa. Kaksifaasinen elektronisuihkuionisaatiomassaspektroskopia osoittautui erinomaiseksi tekniikaksi tämänkaltaisten reaktioiden seurantaan ja reaktiotuotteiden analysointiin.
    Julkaisun otsikon käännösProtonin siirron kontrolloimat reaktiot neste-nesterajapinnalla
    AlkuperäiskieliEnglanti
    PätevyysTohtorintutkinto
    Myöntävä instituutio
    • Aalto-yliopisto
    Valvoja/neuvonantaja
    • Kontturi, Kyösti, Vastuuprofessori
    • Murtomäki, Lasse, Ohjaaja
    Kustantaja
    Painoksen ISBN978-952-60-5050-8
    Sähköinen ISBN978-952-60-5049-2
    TilaJulkaistu - 2013
    OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

    Tutkimusalat

    • neste-nesterajapinnat
    • sähkökemia
    • elektrokatalyysi
    • hapen pelkistys
    • protoninsiirtokatalyysi
    • polttokennot
    • protoninsiirtoon kytketty elektroninsiirto

    Sormenjälki

    Sukella tutkimusaiheisiin 'Protonin siirron kontrolloimat reaktiot neste-nesterajapinnalla'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

    Siteeraa tätä