施加微小压力，开启下一代高效能量转换材料的秘密

九州大学的研究人员设计了一类分子，其放大光能的能力可以通过简单施加压力来进行主动控制。研究结果已发表在期刊 Chemical Science 上，可能为高效的能量转换设备和先进的医疗疗法开辟新的前景。

这项研究主要集中在一种叫做单态裂变（SF）的物理过程上。SF是一种机制，当一个分子被单个高能光子击中时，它会将能量分裂成两个较低能量的激发态，而不仅仅是一个。实际上，它就像一个能量放大器，可能使有用的激发分子的产量翻倍。

然而，设计能够可靠执行自发荧光（即自发发光）（SF）的材料是具有挑战性的，因为核心分子必须满足严格的能量平衡，这使得化学家们不得不超越仅仅修改功能分子基团。为了克服这一限制，研究人员致力于开发“智能”分子，其功能可以通过外部刺激（如温度或机械压力）主动控制。

在这项研究中，研究团队由九州大学材料化学与工程研究所的福原学教授领导。团队与庆应大学的长谷部拓教授合作，致力于开发一种能通过静水压力（hydrostatic pressure）控制的分子。

研究人员合成了一系列通过灵活的极性连接器连接而成的SF活性分子，这些分子由两个五聚烯（由5个融合的苯环组成的化合物）单元构成——这些分子链就像单元之间可调节的桥梁。他们接着研究了这些分子在不同压力条件和溶剂环境下的表现。

通过模拟和实验，他们确定连接器的灵活性是影响分子SF特性的一个重要因素。与之前那些更为刚性的设计相比，灵活的连接器引发了一种叫做SF动力学反转的现象。

在中等极性溶剂中，如甲苯，发现连接剂在压力下会自发地与溶剂分子结合，这导致SF反应速率降低。然而，而切换到更极性的溶剂，如二氯甲烷，则使压力诱导的效果发生逆转，从而加速了SF反应。

福原说：“这些结果提出了一个新概念，即通过外部机械刺激来控制激发态反应，并为设计压力响应的光活性材料打下了基础。”

除了简单地控制自旋飞跃(SF)反应速率外，团队还对所产生的三重态激子进行了重要发现，这些激子是有效的能量载体。他们发现这些状态的寿命与压力相关，这一效应是由于周围溶剂粘度的变化引起的。此外，决定三重态生成效率的三重态量子产率在压力下并未降低。

福原总结道：“我们研究中得到的结果和提出的观点将使我们能够根据我们制定的分子设计指南，构建可主动控制的SF材料。应用这些原则可能会开发出在生物环境中有效的光治疗材料，或压力响应的能量转换装置。”

更多信息： 小川凛太郎等，通过静水压力主动控制分子内单重裂变的关键的分子设计，期刊《化学科学》（2025）。 文献编号：DOI: 10.1039/d5sc04791a