Les réactions redox jouent un rôle important dans notre vie quotidienne. Dans ces réactions, un composé libère des électrons et est oxydé, tandis qu'un autre accepte les électrons et est réduit. De telles réactions redox sont exploitées par des organismes vivants, par exemple, pour stocker de l'énergie.

Les réactions d'oxydoréduction jouent également un rôle crucial en électrochimie, où l'énergie peut être stockée ou transportée sous forme de composés chimiques. La plupart des synthèses chimiques impliquent également des réactions de réduction et d'oxydation à leurs niveaux fondamentaux. Les chercheurs du monde entier recherchent donc des solutions simples, composés chimiques stables qui peuvent être oxydés et réduits de manière réversible et donc également fonctionner comme agents réducteurs ou oxydants.

Oxydation en plusieurs étapes possible

Les équipes dirigées par le Dr Jonathan P. Hill du National Institute for Materials Science de Tsukuba (Japon) et le professeur Thomas Jung de l'Université de Bâle et de l'Institut Paul Scherrer (Suisse) ont montré expérimentalement pour la première fois que les pyrazinacenes se rencontrent ces exigences et peut être oxydé de manière réversible dans un processus en plusieurs étapes.

Les pyrazinacenes sont une nouvelle catégorie de composés constitués d'anneaux de carbone connectés, atomes d'azote et d'hydrogène. Ils ont d'abord été conçus, synthétisés et caractérisés chimiquement en solution par l'équipe Hill.

En solution, les composés, qui peut être constitué de différents nombres d'anneaux connectés, peut libérer et accepter des électrons de manière réversible. Cet aspect, qui serait autrement étudié dans un tube à essai, a été observé expérimentalement pour la première fois sur une surface par l'équipe Jung du Département de physique et de l'Institut suisse des nanosciences de l'Université de Bâle. « Les pyrazinacenes s'oxydent de manière réversible sur une surface en plusieurs étapes. Pour leur application technique, il est important de savoir qu'ils supportent également des réactions redox lorsqu'ils sont liés à des surfaces, " rapporte le Dr Fatemeh Mousavi, qui a caractérisé les pyrazinacenes dans le groupe de Jung.

L'état d'oxydation peut être reconnu

En utilisant la microscopie à effet tunnel et la spectroscopie photoélectronique à rayons X, les scientifiques ont observé que les composés s'arrangent différemment selon l'état d'oxydation. Sous forme réduite native (obtenue directement après synthèse), les molécules sont isolées et immobiles lorsqu'elles se déposent sur une surface, alors qu'ils se mobilisent pour former des chaînes après une première étape d'oxydation. Une deuxième étape d'oxydation modifie la géométrie de la molécule et elles sont à nouveau isolées et immobiles.

De façon intéressante, les réactions d'oxydation et de réduction des pyrazinacènes ne sont pas seulement affectées par une impulsion chimique, mais peuvent également être stimulés par la lumière, ils peuvent donc être considérés comme photo-redox actifs.

"Nos investigations ont montré que les pyrazinacenes sont une classe intéressante de composés qui peuvent être utilisés pour soutenir des réactions photoredox en synthèse chimique, ou agir comme indicateurs de processus électrochimiques, " conclut Thomas Jung.