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大约25年前，荷兰格罗宁根大学(University of Groningen)首次开发了光驱动分子马达。这使得本·费林加教授在2016年获得了诺贝尔化学奖。然而，让这些电机实际工作被证明是一个挑战。4月26日，Feringa实验室发表在《自然化学》杂志上的一篇新论文描述了一系列改进，使现实生活中的应用更加接近。

第一作者，现为奥地利科学技术研究所(ISTA)博士后研究员的金宇盛，在费林加实验室的博士研究期间改造了“第一代”光驱动分子马达。他主要致力于提高运动分子的效率。“这是非常快的，但只有2%的光子分子吸收驱动旋转运动。”

这种低效率可能会妨碍实际应用。“此外，效率的提高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为四个步骤:其中两个是光化学的，另外两个是温度驱动的。后者是单向的，但光化学步骤引起的分子异构化通常是可逆的。

Sheng开始着手提高驱动旋转运动的光子吸收百分比。“很难预测如何做到这一点，最终，我们意外地发现了一种有效的方法。”Sheng在马达分子上添加了一个醛官能团，作为进一步转化的第一步。

“然而，我决定测试这个中间版本的运动功能，发现它以一种我们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。利用先进的激光光谱学和量子化学计算，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，这种适应确实让Sheng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。Sheng说:“以前，如果我们用光照射一批电机，我们会在旋转周期的不同阶段得到电动机的混合物。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，马达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，盛和他的同事提出了一个这样的例子。其他的应用，例如，是分子自组装的控制。

在马达分子中加入醛基还有另一个有趣的效果:它将光的吸收转移到更长的波长上。由于更长的波长可以穿透活体组织或块状材料，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，因为更多的光可以到达电机分子，同时也可以更有效地利用光子。

盛说:“我们的许多同事现在正在与我们一起研究这种新的分子马达，用于不同的应用。”他预计在不久的将来会有更多关于这一主题的论文。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了，但我们并不确切地知道为什么这种修饰会产生这种效果。我们目前正在努力。”

更多信息:Jinyu Sheng等人，甲酰化提高光驱动过度拥挤的烯烃衍生旋转分子马达的性能，Nature Chemistry(2024)。DOI: 10.1038 / s41557 - 024 - 01521 - 0

由格罗宁根大学提供

引文:更高效的分子马达扩大了潜在的应用(2024,4月26日)，2024年4月26日检索自https://phys.org/news/2024-04-efficient-molecular-motor-widens-potential.html

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