Elektronentransfer: Klassische Ansätze und neue Grenzen

Der Elektronentransfer, unter Bedingungen schwacher Wechselwirkungen und einem Medium, das als passives thermisches Bad fungiert, ist sehr gut verstanden. Wenn der Elektronentransfer von transienten chemischen Bindungen begleitet wird, wie zum Beispiel bei interfacialen koordinierten elektrochemischen Mechanismen, sind starke Wechselwirkungen und molekulare Selektivität involviert. Diese Mechanismen, die von "passiver Selbstorganisation" profitieren, können theoretisch noch nicht adäquat beschrieben werden, zeigen jedoch beträchtliches experimentelles Potenzial für Energieumwandlung und Katalyse. Die größte Herausforderung für die Zukunft könnte jedoch der dynamische, selbstorganisierte Elektronentransfer sein. Wie bei anderen Energieflüssen kann ein geeignetes positives Rückkopplungsmechanismus, durch eine aktive molekulare Umgebung, zu einer (transienten) Verringerung der Entropie führen, die einem Anstieg der molekularen elektronischen Ordnung für den aktivierten Komplex entspricht. Eine daraus resultierende erhebliche Erhöhung der Rate des Elektronentransfers und die Möglichkeit eines kooperativen Transfers mehrerer Elektronen (ohne Zwischenprodukte) können aus der phänomenologischen Theorie abgeleitet werden. Die Notwendigkeit, unser derzeitiges Wissen zu erweitern, kann aus der Beobachtung abgeleitet werden, dass chemische Synthesen und die Nutzung von Brennstoffen in der Industrie typischerweise hohe Temperaturen erfordern (wo die Katalyse weniger relevant ist), während entsprechende Prozesse in biologischen Systemen unter Umgebungsbedingungen katalysiert werden. Dieser Artikel konzentriert sich daher auf interfacialen oder membranbasierten Elektronentransfer und untersucht einen Aspekt, den die Natur zu einem hohen Grad der Perfektion entwickelt hat: Selbstorganisation.