10月6日消息，美国能源部太平洋西北国家实验室（PNNL）联合SLAC国家加速器实验室及多所大学的研究团队，首次在结构灵敏度层面捕捉到质子耦合电子转移（PCET）反应的关键步骤，相关成果发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。

PCET——质子与电子的协同运动——是自然界最高效的能量转移方式之一，是光合作用、催化与生物能量转换的核心机制。团队以一个光吸收后在酸性条件下捕获质子的钌基分子为模型体系，在SLAC直线加速器相干光源（LCLS）上结合超快X射线吸收谱（chemRIXS仪器）与时间分辨X射线散射（XCS仪器），并辅以含时密度泛函理论与分子动力学模拟，首次同时观测到分子在获得质子时特定位置的电子结构变化与周围水环境同步重组。「我们首次捕捉到与质子转移相关的电子变化如何与周围溶剂的重组耦合。」PNNL实验化学物理学家Elisa Biasin表示。

研究的局限在于质子本身无法被直接观测（X射线散射只对电子丰富的原子敏感），结论依赖数据与模拟的一致性。但该方法框架可推广到更复杂化学体系的PCET研究：电子与质子是同时还是先后移动、发生在哪个分子位点、水网络如何协助质子跳跃——这些问题的解答将直接服务于更高效催化剂、燃料电池和液流电池的设计。 （来源：ScienceDaily）