更高效的分子马达拓宽了潜在应用

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(BenFeringa)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实验室于4月26日在《自然化学》上发表的一篇新论文描述了一系列改进，使现实生活中的应用更接近。

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”光驱动分子电机。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。”盛在马达分子中添加了醛官能团，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。”

为此，他与阿姆斯特丹大学范特霍夫分子科学研究所的分子光子学小组合作。使用先进的激光光谱和量子化学计算，绘制了电子衰变路径，为分子马达的工作提供了详细的见解。

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这样的例子。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。由于较长的波长可以进一步穿透活体组织或散装材料，这意味着电机在医疗应用和材料科学中可以更有效地工作，因为更多的光将到达电机分子，同时这也将更有效地使用光子。

“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。我们目前正在研究它。”