光驱动分子马达最早是在近 25 年前由荷兰格罗宁根大学开发的。2016 年，本·费林加教授因此与他人共同获得了诺贝尔化学奖。然而，让这些马达真正发挥作用却是一项挑战。费林加实验室于 4 月 26 日在《自然化学》杂志上发表了一篇新论文，文中描述了一系列改进措施，这些措施使实际应用更加接近现实。
第一作者 Jinyu Sheng 现为奥地利科学技术研究所 (ISTA) 的博士后研究员，他在费林加实验室攻读博士学位期间改造了“第一代”光驱动分子马达。他的主要重点是提高马达分子的效率。“它非常快，但分子吸收的光子中只有 2% 会驱动旋转运动。”
提高效率
这种低效率可能会妨碍实际应用。“此外，提高效率将使我们能够更好地控制运动，”Sheng 补充道。Feringa 的分子马达的旋转运动分为四个步骤：其中两个是光化学的，而两个是温度驱动的。后者是单向的，但光化学步骤会导致分子异构化，而这通常是可逆的。
Sheng 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行之有效的方法。” Sheng 在马达分子上添加了一个醛基官能团，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马达功能，发现它以一种我们从未见过的方式非常高效。”
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和量子化学计算绘制了电子衰变路径，为分子马达的工作原理提供了详细的见解。
旋转周期
此外，很明显，这种改进确实让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步骤旋转。盛说：“以前，如果我们用光照射一批马达，我们会得到处于旋转周期不同阶段的马达混合物。经过修改后，可以同步所有马达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《自然化学》论文中，Sheng 和他的同事介绍了一个例子。其他应用可能是控制分子自组装。
应用
在马达分子中添加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。由于较长的波长可以进一步穿透活体组织或块体材料，这意味着马达可以在医疗应用和材料科学中更有效地工作，因为更多的光将到达马达分子，同时这也将更有效地利用光子。
“我们的许多同事现在正与我们合作，研究这种用于不同应用的新型分子马达，”Sheng 说道。他期待在不久的将来有更多关于这个主题的论文。与此同时，Feringa 实验室还面临着另一个挑战：“分子马达现在效率更高了，但我们并不清楚为什么这种修改会导致这种效果。我们目前正在研究它!”
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