浙江
美国西北大学研究团队近日展示了一种截然不同于传统电池的新型储能材料：它以黄色液体的形态存在，在可见光、电流、化学燃料或X射线的作用下“充电”后，会自发组装并转变为黑色导电水凝胶，可在隔绝氧气的条件下将电子储存数月，并在需要时向氧气释放这些电子，为后续的化学反应提供氧化动力。
研究成果发表于期刊《Chem》，团队将其描述为一种“细胞启发”的化学系统，能够在单一软材料平台上集成能量获取、能量储存、结构重构和催化功能。 与传统概念中用于给手机等设备供电的锂离子电池不同，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。
在未充电状态下，该材料是一种由小球状分子聚集体构成的黄色液体；当其暴露于可见光、电流、化学燃料或X射线等能量源时，分子接受电子并发生电子结构变化，触发分子之间的堆叠和结合，通过π-π相互作用及自由基“pimer”形成，最终重新组织为长链超分子聚合物纤维，使原本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，而是围绕额外电子重排构筑新的软结构，从而在物理上稳定这些所储存的电子。
在无氧环境中，这种黑色凝胶可以将电子长期封存，团队称其在隔绝氧气的条件下能够保持储能状态长达数月。 当需要释放能量时再引入氧气，氧分子接受凝胶中储存的电子，生成具有高度反应性的含氧物种，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应的发生。 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形式存在于凝胶内部的化学能，一旦暴露在空气中，氧气就会消耗这些电子并促使材料逐步回复为原始黄色液态状态。
研究团队将这一系统视为“暗光催化”（dark photocatalysis）的模型：在传统光催化中，反应发生时必须有光照持续参与；而在这项工作中，材料可以在事先接受光能或其他能量“预充电”，随后在黑暗环境中长时间储存电子，待未来需要时再借助氧化作用，用这些已储存的电子驱动化学反应。 这意味着某些依赖光驱动的催化过程，有望在日后于无光条件下继续进行，为环境修复、污染物降解、表面杀菌以及一系列光催化化学提供新的时间与空间灵活性。
西北大学团队强调，这是首个通过“自我重构”来储能的材料实例：能量的捕获、储存与释放不再依赖固定结构的工程器件（例如电池中的电极或太阳能电池中的半导体），而被赋予给一种能够在充放电过程中动态改变自身结构的软物质平台。 在完成氧化反应之后，氧气会持续消耗凝胶中的电子，并将其逐步逆转回黄色液体，这一“复位”过程也让系统可以被再次充电，具备循环使用的潜力。
目前该研究仍处于概念性与实验室阶段，文章由期刊《Chem》发表，西北大学官方新闻稿将其定位为一类“捕获能量并按需释放”的细胞启发材料，为未来在长效储能、可编程催化及环境应用领域的探索提供了新的设计思路。
特别声明：以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布，本平台仅提供信息存储服务。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.
