科学家终于看到大自然如何如此有效地转移能量

研究人员在帮助自然以显著的效率转移能量的化学反应中抓住了关键步骤.

Ultrafast X射线揭示了涉及电子和质子的变化如何与周围水分子的重排紧密相连.

由于类似的反应驱动光合作用和其他能量转化过程,该技术可以帮助科学家开发更好的催化剂,燃料电池,流电池.

Ultrafast X射线揭示了电子,质子和水在自然界最有效的能量传输过程中是如何一起移动的.

credit: AI/ScienceDaily.com.

自然界中一些最重要的反应依赖于正负电荷颗粒以协调的方式移动.

这些反应对于光合作用,催化物和生物能量转化等过程至关重要,但它们发生得太快,极难观测.

由能源部太平洋西北国家实验室牵头的一个小组与拉美和加勒比国家共同体国家加速器实验室和几所大学的研究人员合作,现已捕获了这些事件在光照击中一分子后引发的快照。

研究结果发表在《自然通讯》中,可以加深科学家对这些反应的理解,并最终有助于改进流动电池、燃料电池和催化剂。

研究的中心是正电荷质子和负电荷电子的协同运动,这种类型的能量转移是已知性质中效率最高的.

植物利用相关的过程从阳光中捕捉能量并将其转化为存储的化学能量,当电子和质子以协调的方式移动时,分子可以避免中间步骤,否则需要更多的能量.

研究者们调查了分子电子结构的变化、质子的到来以及周围水环境的变化是如何相互联系的。

科学家们研究这种相互作用已有数十年,但之前的实验都没有在一次既具有局部敏感性又具有结构敏感性的研究中捕捉到这个过程.