Los investigadores de la Universidad de California, Riverside, por primera vez, han utilizado con éxito dipolos eléctricos para suprimir completamente la transferencia de electrones en una dirección mientras aceleran en la otra. El descubrimiento podría ayudar al desarrollo de células solares mejoradas y otra conversión de energíadispositivos y acelerar el diseño de nueva y excelente energía y materiales electrónicos.
No es exagerado decir que la vida depende de una transferencia de electrones estrictamente regulada.
La transferencia de electrones se encuentra entre los procesos más fundamentales para mantener la vida y para la conversión de energía. Ocurre cuando un electrón se mueve de un átomo o molécula a otro, llevando su energía eléctrica con él. La fotosíntesis, la respiración mitocondrial y celular, y la fijación de nitrógeno sonentre los muchos procesos biológicos posibles gracias al movimiento ordenado de electrones.
Debido a que la transferencia de electrones es omnipresente e importante, los científicos han invertido enormes esfuerzos para comprender el proceso y han utilizado lo que aprendieron para crear celdas solares, celdas de combustible, baterías y muchos otros dispositivos que también dependen de una transferencia de electrones eficiente.
Pero el delicado ballet de electrones en los seres vivos coreografiado a través de eones de evolución es más como saltar al escenario en un pozo de mosh cuando se aplica a tecnologías creadas por humanos.
Los científicos pueden controlar la transferencia de electrones hasta cierto punto, pero tienen dificultades para reunir todas las partículas subatómicas en una sola dirección. Cuando dirigen los electrones hacia adelante, inevitablemente, algunos también se mueven hacia atrás, causando una pérdida de energía.
Valentine Vullev, profesor de bioingeniería en el Bourns College of Engineering, dirigió un equipo internacional de investigadores de UC Riverside, Polonia, la República Checa y Japón que utilizaron dipolos moleculares para aprovechar la transferencia de electrones. Los dipolos moleculares ocurren cuando uno de losLos átomos en una molécula tienen una composición que es más probable que atraiga electrones, que tienen una carga eléctrica negativa. Los dipolos moleculares están en todas partes y tienen potentes campos eléctricos a nanoescala que pueden guiar los procesos de transferencia de electrones deseados y suprimir los indeseados.
Si bien los dipolos eléctricos generan enormes campos a su alrededor, la intensidad de los campos eléctricos disminuye rápidamente con la distancia. Por lo tanto, es esencial colocar el dipolo lo más cerca posible de las moléculas de transferencia de electrones.
El grupo de Vullev incorporó el dipolo dentro de la molécula donante de electrones, el electret 5-N-amido-antranilamida, una sustancia con una carga eléctrica semipermanente y polarización dipolar, similar a un imán. Los investigadores expusieron el electret a diferentes solventes para desencadenartransferencia de electrones: con disolventes de baja polaridad, mejoraron considerablemente el efecto de los dipolos y guiaron todos los electrones en una sola dirección.
Esta es la primera vez que los científicos han demostrado que el dipolo acelera la transferencia de electrones en una dirección y la suprime por completo en la otra.
"Este descubrimiento abre puertas para guiar los procesos de transferencia de electrones hacia adelante, al tiempo que suprime la transducción de electrones hacia atrás no deseada, que es uno de los santos griales de la fotofísica y la ciencia de la energía", dijo Vullev.
La clave estaba en lograr un equilibrio fino entre reducir la polaridad del solvente para mejorar el efecto dipolo sin eliminar la transferencia de electrones. Los componentes moleculares diseñados a medida con las propiedades electrónicas correctas ayudaron a optimizar este equilibrio.
"Si bien parece que estamos resolviendo un importante problema de química física y física, los hallazgos de nuestro trabajo pueden tener amplios impactos interdisciplinarios y resultar importantes para los campos pertinentes, como la biología molecular, la fisiología celular y la ciencia e ingeniería energética,"dijo Vullev." Una mejor comprensión de la transferencia de electrones a nivel molecular mejorará nuestra comprensión de los sistemas vivos y servirá como base para tecnologías energéticas eficientes ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de California - Riverside . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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