化学开关让电子在分子间流动

2010-10-12 09:31 来源: 中国科学院
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  据美国物理学家组织网近日报道,美国研究人员找到了一种方法,可以让电子在两个分子之间来回流动,这一新技术为有机电池的研发奠定了基础,也将促进人工光合作用技术的发展,将太阳光变成燃料。相关研究论文发表在近期出版的《科学》杂志上。 

  这项研究的领导者、德克萨斯州大学奥斯汀分校的化学家克里斯多弗·比洛斯基和乔纳森·赛斯勒指出,当分子“碰头”时,他们常常通过交换电子形成新的化合物。在某种情况下,这种电子交换过程会产生一个带正电荷的分子和一个带负电荷的分子。带相反电荷的分子会紧紧地“依偎”在一起,相互组合从而形成一些新分子。

  然而,在上述最新的研究中,研究团队制造出了两个分子,这两个分子能够“会面”并且交换电荷,但是,它们不会结合而形成新化合物。比洛斯基解释道,这两个分子就像被弹簧连着一样,相互会面后又被分开。

  研究人员发现,分子“碰面”交换电子后,会形成两个带正电荷的分子,这两个分子会互相排斥。研究人员也安装了一个化学开关,使得这种电子交换过程能够在相反的方向进行。赛斯勒补充到,这是研究人员首次在分子层面上,通过开关让电子前后流动。

  比洛斯表示,这个系统为制造出高效的有机电池提供了重要的线索。理解这些分子中的电子交换过程可以让研究人员设计出有机材料来制造电池,存储电能,这样的电池不仅不会污染环境还可以被回收利用。

  有机电池由有机材料而不是有毒的重金属组成,它们更轻薄,能做成任何形状,存储更多能量,与传统的电池相比,其生产过程可能更加安全和便宜。有机电池一直广受科研人员的青睐。

  比洛斯基表示,如果配备了有机电池,手机将会更纤细、更轻薄,而且电池的使用时间可能达到一周甚至一个月而不是现在的一天。我们的新实验解决了制造出这种理想的商业电池所需要解决的基本的化学问题。

  研究人员打算进一步证明这种电子交换过程能够以一种更加紧凑的形式出现,比如在一个薄膜内进行,而不是仅仅出现在溶液中。

  赛斯勒表示,借助这个分子开关,研究人员有望研发出人工光合作用技术来模拟植物,将收集到的光线转变为能量,而不借助玉米等植物媒介。