第一块多米诺骨牌因氧化还原反应而倒下
首次实现了利用氧化还原化学传递被称为多米诺骨牌反应的效应。
当一个化学基团的转变刺激另一个附着基团或其他分子的反应时，就会发生多米诺反应，从而导致整个系统迅速产生连锁反应，就像一排倒下的多米诺骨牌一样。北海道大学的研究人员现已在称为氧化还原化学的化学分支中实现了多米诺骨牌反应的第一个例子。
术语氧化还原来自“还原”，指的是电子的获得，以及“氧化”，指的是电子的损失。因此，氧化还原反应是电子转移过程。
“在氧化还原过程中实现多米诺骨牌反应的问题在于，电子转移，尤其是多电子转移，会产生带电物质，其静电相互作用会抑制进一步的变化，”北海道团队的化学家 Yusuke Ishigaki 说。
为了克服这些障碍，研究人员设计了一种由两部分组成的分子，当其中一部分在电中性(还原态)和带正电(氧化态)之间转换时，该分子会发生显着的结构变化。这种结构变化将化学效应传递到分子的其他部分，使其更有可能氧化。
他们设计的分子由两个相对较大的氧化还原活性单元组成，这些单元通过硫原子形成的非平面柔性连接相连。当成对的单元之一失去电子(被氧化)时，它会获得两个正电荷，作为触发器，导致分子的另一部分围绕核心扭曲。这种扭曲形式的电子状态从初始折叠形式的变化促进了相邻基团中发生的氧化过程，从而实现多米诺骨牌效应。
反应的初始触发可以通过温度升高来引发，从而提供了一种控制手段。尽管这种效应迄今为止仅在两部分分子中得到证实，但研究人员表示，它最终可能用于在具有许多“多米诺骨牌”单元连接在一起的更大分子中传递波状氧化还原转变。
这一发现的应用可能还需要很长时间，但显然存在一些普遍的可能性。例如，通过分子链传播的电气和结构转变可能成为化学计算系统和传感器的纳米级移动部件。新的电池系统也有可能的应用，以支持向可再生电能技术的持续过渡。
石垣说：“加热和冷却提供的控制可用于许多领域，以制造具有可切换电子特性的新型材料，特别是涉及多电子转移的材料。”
“展示以前没有人取得的成就非常具有挑战性，但也非常令人满意，我们现在希望进入涉及增加电子转移的更大、更复杂的系统，”石垣总结道。
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