马克斯·普朗克学会弗里茨·哈伯研究所的科学家们揭开了磷酸传输电荷背后的基本机制。这项发表在《物理化学杂志 A》上的研究，精确展示了作为质子“高速通道”的分子构型。
质子的移动对于生命活动至关重要，它为细胞内的代谢过程和能量转移提供动力。除了生物学领域，这种高效的电荷传输能力也使磷酸成为燃料电池和先进电池技术中的关键组成部分。
破解分子结构
为了实时观测这一过程，研究团队将目光锁定在去质子化二聚体上——这是一种被认为能启动质子穿梭的特定分子对。通过将二聚体隔离在氦纳米液滴中，并将其冷却至绝对零度以上 0.37 开尔文，研究团队成功排除了环境干扰。
利用红外光谱技术，研究人员发现该二聚体仅形成一种稳定结构，而非此前理论模型所预测的两种构型。这种结构依赖于由一个共享氧原子连接而成的刚性三氢键网络。
报告指出：“实验数据仅显示出一种稳定的构型。”该研究表明，这种特定的键合模式可能在类似的磷酸簇中普遍存在，这解释了为何这些材料能够如此高效地传导质子。
通过将实验结果与量子化学计算进行对比，研究人员修正了长期以来关于这些分子行为的假设。这一发现为原子层面的质子运动提供了更清晰的蓝图。
这些新数据为致力于开发下一代能源材料的工程师们提供了可靠的理论基础。通过理解“质子高速公路”的具体架构，研究人员可以更好地设计出对高导电性有要求的燃料电池组件。此外，这些发现也为深入探究生物能量系统的运作机制提供了新视角。