可变形液体“充电”变黑胶 长效储能并按需释放电子

在未充电状况下，该材料是一种由小球状分子集合体构成的黄色液体；当其裸露于可见光、电流、化学燃料或X射线等能量源时，分子接收电子并产生电子构造变更，触发分子之间的堆叠和结合，经由过程π-π互相感化及自由基“pimer”形成，最终从新组织为长链超分子聚合物纤维，使本来松散的液体重构为黑色、具有电导性的水凝胶。 这一过程中，“充电态”本身就是“组装态”，分子并非像传统电池电极中的离子那样被动储存电荷，而是环绕额外电子重排建筑新的软构造，从而在物理上稳定这些所储存的电子。

研究成果揭橥于期刊《Chem》，团队将其描述为一种“细胞启发”的化学体系，可以或许在单一软材料平台上集成能量获取、能量储存、构造重构和催化功能。 与传统概念顶用于给手机等设备供电的锂离子电池不合，这种材料并不是一个会输出稳定电流的电化学电池，而更像是一个可以反复“充填”和“释放”化学氧化还原能量的软物质仓库。

在无氧情况中，这种黑色凝胶可以将电子经久封存，团队称其在隔断氧气的前提下可以或许保持储能状况长达数月。 当须要释放能量时再引入氧气，氧分子接收凝胶中储存的电子，生成具有高度反响性的含氧物种，这些活性氧可以对有机底物实施氧化，推动一系列氧化还原反响的产生。 换言之，该材料输出的是化学氧化还原功而非电流，其所储存的是以额外电子情势存在于凝胶内部的化学能，一旦裸露在空气中，氧气就会消费这些电子并促使材料慢慢答复为原始黄色液态状况。

研究团队将这一体系视为“暗光催化”（dark photocatalysis）的模型：在传统光催化中，反响产生时必须有光照持续介入；而在这项工作中，材料可以在事先接收光能或其他能量“预充电”，随后在阴郁情况中长时光储存电子，待将来须要时再借助氧化感化，用这些已储存的电子驱动化学反响。 这意味着某些依附光驱动的催化过程，有望在日后于无光前提下持续进行，为情况修复、污染物降解、外面杀菌以及一系列光催化化学供给新的时光与空间灵活性。

西北大年夜学团队强调，这是首个经由过程“自我重构”来储能的材料实例：能量的捕获、储存与释放不再依附固定构造的工程器件（例如电池中的电极或太阳能电池中的半导体），而被付与给一种可以或许在充放电过程中动态改变自身构造的软物质平台。 在完成氧化反响之后，氧气会持续消费凝胶中的电子，并将其慢慢逆转回黄色液体，这一“复位”过程也让体系可以被再次充电，具备轮回应用的潜力。

今朝该研究仍处于概念性与实验室阶段，文章由期刊《Chem》揭橥，西北大年夜学官方消息稿将其定位为一类“捕获能量并按需释放”的细胞启发材料，为将来在长效储能、可编程催化及情况应用范畴的摸索供给了新的设计思路。