描述第一代醛马达 4 步单向异构化过程中的结构变化，关键特征位于反应箭头上方。 从左上角开始，紫外光诱导光异构化达到右上角状态，效率超过 95%。 这种右上角的状态通过单向热“螺旋反转”步骤 (THI) 转变为右下角所示的状态，完成旋转的半个周期。 随后的紫外线照射将导致形成左下所示的状态（效率超过 80%），该状态可以通过另一个单向 THI 步骤转变为电机的初始状态，完成 360 度旋转哦 旋转周期。 图片来源：J. Shen 等人，格罗宁根大学
近 25 年前，荷兰格罗宁根大学首次开发出光驱动分子马达。 本·费林加 (Ben Feringa) 教授由此获得了 2016 年诺贝尔化学奖。然而，让这些电机进行实际工作被证明是一个挑战。 Feringa 实验室的一篇新论文发表于 自然化学 4 月 26 日，描述了一系列改进，使现实生活中的应用程序更接近。
第一作者金宇盛现为奥地利科学技术研究所（ISTA）博士后研究员，他在攻读博士学位期间改造了“第一代”光驱动分子马达。 Feringa 实验室的研究。 他的主要关注点是提高运动分子的效率。 “速度非常快，但分子吸收的光子中只有 2% 驱动旋转运动。”
这种低效率可能会妨碍现实生活中的应用。 “此外，提高效率将使我们更好地控制运动，”盛补充道。 Feringa 分子马达的旋转运动分四个步骤进行：其中两个是光化学步骤，另外两个步骤是温度驱动的。 后者是单向的，但光化学步骤会导致分子异构化，这种异构化通常是可逆的。
盛着手提高驱动旋转运动的吸收光子的百分比。 “很难预测如何做到这一点，最后，我们意外地发现了一种有效的方法。” 盛加醛 功能小组 到运动分子，作为进一步转化的第一步。
“但是，我决定测试这个中间版本的运动功能，发现它以我们以前从未见过的方式非常有效。”
液晶单元中改进的马达分子的光学图像。 RUG 字母是通过掩模暴露在紫外线下而生成的，该掩模将分子移动到使液晶呈现绿色的位置。 遮罩区域没有显示颜色变化，但右侧由于单元厚度不规则而有点绿色。 图片来源：J. Shen 等人，格罗宁根大学 / Nature Chemistry
此外，很明显，这种适应确实使盛更好地控制了分子的旋转运动。 如前所述，分子马达以四个离散的步骤旋转。 盛说：“以前，如果我们用光照射一批电机，我们会得到处于旋转周期不同阶段的电机的混合物。修改后，可以同步所有电机并在每个阶段控制它们。”
这开启了各种可能性。 例如，电机可以用作液晶中的手性掺杂剂，其中不同的位置会产生不同的反射颜色。 在论文中，盛和他的同事举了一个例子。 例如，其他应用可以是分子自组装的控制。
在马达分子中添加醛基还具有另一个有趣的效果：它将光的吸收转移到更长的波长。 自从 更长的波长 进一步渗透到活体组织或 散装材料，这意味着电机可以更有效地工作 医疗应用 和 材料科学 因为更多的光将到达运动分子，同时这也将更有效地利用光子。
“我们的许多同事现在正在与我们合作开发这种用于不同应用的新型分子马达，”盛说。 他预计在不久的将来会有更多关于这个主题的论文。 与此同时，费林加实验室还面临着另一个挑战，“ 分子马达 现在效率更高，但我们并不确切知道为什么修改会导致这种效果。 我们目前正在努力。”
更多信息：
Jinyu Shen 等人，甲酰化提高了光驱动过度拥挤的烯烃衍生旋转分子马达的性能， 自然化学 （2024）。 DOI：10.1038/s41557-024-01521-0
由…提供
格罗宁根大学
引文：更高效的分子电机拓宽了潜在应用（2024 年，4 月 26 日），2024 年 4 月 26 日检索自 https://phys.org/news/2024-04-efficient-molecular-motor-widens-pottial.html
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2024-04-26 09:00:01
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