تطوير منصة جزيئية من قبل معهد كوريا للعلوم والتكنولوجيا للتحكم في مسارات تفاعل الأكسجين

أخبار ar.wedoany.com، طور فريق بحثي بقيادة البروفيسور سيونغ جون هوانغ من قسم الكيمياء في معهد كوريا للعلوم والتكنولوجيا (KAIST) نظامًا جزيئيًا جديدًا قادرًا على التبديل الانتقائي لمسار نقل الإلكترونات أثناء تنشيط الأكسجين، مما قد يوفر مبادئ تصميم أساسية للجيل القادم من المحفزات وتقنيات تحويل الطاقة.

قام الفريق بدمج الجرمانيوم مع إطار جزيئي قادر على تخزين ونقل الإلكترونات، مما أسس مبدأ تصميم يسمح بالتبديل الانتقائي لتنشيط الأكسجين بين مساري الإلكترونين والأربعة إلكترونات. تقليديًا، كانت المحفزات التي تتحكم في تفاعلات الأكسجين تُطور بشكل أساسي حول مراكز معدنية انتقالية مثل الحديد والكوبالت والنيكل؛ أما الجرمانيوم، كعنصر من عناصر المجموعة الرئيسية وينتمي إلى نفس المجموعة في الجدول الدوري مثل السيليكون، فغالبًا ما يُعتبر غير مناسب للتفاعلات التي تتطلب نقلًا متزامنًا لعدة إلكترونات. للتغلب على هذا القيد، قام الفريق بدمج الجرمانيوم مع ليجند نشط أكسدة-اختزال (redox-active ligand) يعمل كمخزن للإلكترونات، ويتآزر مع مركز الجرمانيوم، مما يمكن الهيكل الجزيئي بأكمله من المشاركة في تفاعلات متعددة الإلكترونات.

عند تفاعل الأكسجين، يعتمد المنتج والنتيجة على ما إذا تم نقل إلكترونين أو أربعة إلكترونات. يؤدي اختزال الأكسجين بإلكترونين إلى إنتاج بيروكسيد الهيدروجين، بينما يؤدي اختزاله بأربعة إلكترونات إلى إنتاج الماء؛ ويعد التحكم الانتقائي في هذه المسارات تحديًا مهمًا لتطوير البطاريات وخلايا الوقود والمحفزات الكيميائية الأكثر صداقة للبيئة. يُظهر هذا البحث مثالًا نادرًا لنظام جزيئي من عناصر المجموعة الرئيسية قادر على تحقيق تفاعلية انتقائية بإلكترونين وأربعة إلكترونات ضمن نفس الإطار الجزيئي، مما يوسع نطاق العناصر التي يمكن أخذها في الاعتبار عند تصميم المحفزات.

نجح الفريق في عزل وتحليل مركب جرمانيوم يمثل مرحلة تفاعل الإلكترونين، وقاموا بتثبيت هذا المركب عن طريق ربط مجموعة ميثيل بمركب الجرمانيوم. يمكن لذرة الجرمانيوم في هذا المركب إما منح أو استقبال الإلكترونات، مما يوفر أدلة مهمة للتحكم المنهجي في مسارات التفاعل المختلفة. كما أكد الفريق الإمكانات العملية للنظام الجديد في ظروف معتدلة وبدون ضوء: حيث قام مركب الجرمانيوم بإزالة ذرات الهالوجين مثل البروم والكلور من المركبات العضوية، مما أدى إلى تجديد الألكينات (مركبات عضوية تحتوي على روابط كربون-كربون مزدوجة)، والتي تُستخدم على نطاق واسع كمواد خام للمنتجات الكيميائية مثل الأدوية والبلاستيك. صرح البروفيسور سيونغ جون هوانغ بأن هذه النتائج ستوفر معلومات لتطوير الجيل القادم من المحفزات لتحويل الطاقة، وستساعد في تحقيق عمليات كيميائية أكثر انتقائية وكفاءة.

شارك في هذا البحث كل من الباحثين بعد الدكتوراه سونغ غيو كيم وجينروك أوه من قسم الكيمياء في KAIST، والطالب في برنامج الماجستير والدكتوراه المشترك داي إوي تشوي من قسم الكيمياء في جامعة بوهانغ للعلوم والتكنولوجيا (POSTECH). نُشرت نتائج البحث عبر الإنترنت في 6 يوليو في المجلة الدولية "كيم" (Chem). عنوان الورقة البحثية هو "التآزر الأكسدة-اختزال بين ليجند الجرمانيوم: مفتاح التفاعل المزدوج والتحويل الانتقائي بين نقل إلكترونين وأربعة إلكترونات" (DOI: 10.1016/j.chempr.2026.103127).