Elektronhopp kan styras med rätt belysning
Genom att belysa molekyler med ljus av olika våglängd kan man kontrolleraoch variera elektronöverföringen mellan molekyler och därmed styra en av demest grundläggande kemiska reaktionerna. De resultat som Uppsalaforskaren Mikael Andersson presenterar i sin nya avhandling, har väckt internationellt intresse.
De gröna växternas fotosyntes, där energin i solljus omvandlas till kemiska
produkter som kolhydrater, fetter och proteiner är exempel på de mest
grundläggande kemiska reaktionerna, nämligen elektronöverföringsreaktioner.
Det har länge varit en dröm för forskare att kunna härma växternas förmåga
att ta tillvara solljuset och omvandla detta till energirika kemiska
produkter. Ett större forskningsprojekt pågår för närvarande med forskare
från universitet i både Sverige och övriga Europa, i syfte att konstruera
en molekyl som med hjälp av solljus kan omvandla vatten till syrgas och
vätgas. För att ett artificiellt fotosyntessystem ska fungera, behövs god
kunskap om vilka faktorer som påverkar hastigheten i varje reaktionssteg
där elektroner överförs mellan molekyler. Grunden för den teori som
behandlar överföring av elektroner mellan molekyler lades av R. A. Marcus,
belönad med Nobelpris 1992.
Teorin utvecklas dock fortlöpande, och en av frågeställningarna som
både teoretiker och experimentalister intresserat sig för under senare år
är vilken roll mediet mellan elektrondonator och mottagare har. Detta
medium kan bestå av enbart lösningsmedel, varvid reaktionen blir ineffektiv
redan på relativt korta avstånd. Om molekylerna binds samman med en länk,
kan elektroner överföras med hög hastighet över relativt stora avstånd.
I sin avhandling visar Mikael Andersson hur reaktionshastigheten
och utbytet kan kontrolleras genom att modifiera länken mellan två olika
molekyler. Man kan få reaktioner mellan olika molekyler att ske selektivt
genom att belysa molekylerna med ljus av olika våglängd. Effekten av att
variera länken beror på vilken molekyl som belyses. Systematisk variation
av länkens egenskaper resulterade i att en övergång mellan två olika slags
reaktionstyper kunde observeras.
Vidare har Mikael Andersson studerat reaktioner från molekyler i
högre energitillstånd – vad man kallar högre exciterade tillstånd. Normalt
är högre exciterade tillstånd kortlivade, men om elektronöverföringen sker
snabbt, kan den konkurrera med övriga processer. Med hjälp av mycket korta
laserpulser – så kallad femtosekundspektroskopi – kan även dessa snabba
reaktioner studeras. Att Mikael Andersson kunnat påvisa reaktioner från
högre exciterade tillstånd har väckt intresse bland forskare runt om i
världen. Ett tänkbart användningsområde för denna typ av reaktioner är en
ny typ av molekylära logiska switchar, där olika elektroniska signaler kan
åstadkommas genom belysning av ljus av olika våglängder.
Författare: Mikael Andersson
Avhandlingens titel: Tuning Electron Transfer Reactions by Selective
Excitation in Porphyrin – Acceptor Assemblies
Institution: Fysikalisk-kemiska institutionen vid Uppsala universitet.
Disputationen äger rum torsdag 2 november kl. 10.15 i The Svedbergsalen,
Kemikum
Fakultetsopponent är prof Michael R. Wasielewski, Northwestern University,
Evanston, USA.
Vidare information: Mikael Andersson kan nås på telefon 018-471 36 67 eller
e-post Mikael.Andersson@fki.uu.se
