超音速电子可以产生未来的太阳能燃料

本研究的最终目的是找到一种利用阳光从水中制造燃料的方法。这就是光合作用一直在做的事情-植物利用阳光将水和二氧化碳转化为富含能量的分子。因此，世界各地的研究人员试图从光合作用中借鉴思路，以便找到一种人工生产太阳能燃料的方法。

“我们的研究表明如何构建一种分子，其中光转化为化学能的速度非常快，以至于没有能量作为热量损失。这意味着光中的所有能量都作为化学能存储在分子中，“隆德大学化学物理教授VillySundström说。

到目前为止，太阳能被利用在太阳能电池和太阳能集热器中。太阳能电池将太阳能转换为电能，太阳能集热器将太阳能转化为热能。然而，生产太阳能燃料，例如以氢气或甲醇的形式，需要完全不同的技术。这个想法是太阳光可以用来从水中提取电子并用它们将光能转换成富含能量的分子，这些分子是太阳能燃料的组成部分。

“能够做到这一点的设备-太阳能燃料电池-是一种带有聚光分子和催化剂的复杂机器，”VillySundström说。

在本研究中，Sundström教授及其同事开发并研究了一种特殊分子，可用作太阳能燃料电池中可用于化学反应类型的模型。该分子包括两个金属中心，一个收集光，另一个模仿产生太阳能燃料的催化剂。研究人员已经设法通过分子非常详细地跟踪电子的路径。他们测量了电子穿过分子中两个金属原子之间的桥所花费的时间。它需要半皮秒或半万亿分之一秒。

“在日常生活中，这意味着电子以每秒约4公里的速度飞过分子，这是声速的十倍以上，”VillySundström说。

研究人员对高速感到惊讶。另一个令人惊讶的发现是速度似乎高度依赖于原子之间的桥的类型。在这项研究中，速度比另一种测试的桥梁高100倍。

“这是第一次有人设法跟踪如此复杂和快速的反应，并区分反应的所有阶段，”VillySundström说这项研究已发表在NatureCommunications杂志上。

该研究是来自隆德大学和丹麦，德国，匈牙利，日本和美国的几个部门的研究人员之间的合作。测量在日本的日本Harima的SACLAX射线FEL进行，这是世界上仅有的两种X射线自由电子激光器之一。

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