德国研究人员通过低温光谱技术，揭示了磷酸在分子层面的质子传导机制，这一发现对理解生物能量转换和优化燃料电池技术具有重要意义。

磷酸(H₃PO₄)及其衍生物在自然界中广泛存在，既是DNA、RNA和细胞膜的重要组分，也是生物体能量载体ATP的关键成分。在技术应用领域，磷酸因具有极高的质子传导能力，被广泛应用于特定类型电池和燃料电池中。

德国弗里茨·哈伯研究所分子物理系的研究人员与美国及莱比锡的同行合作，对磷酸的质子传导机制开展了深入研究。质子在含磷化合物中的传导类似于乘客乘坐公交车，它们通过氢键作为路径，从一个分子“跳跃”到另一个分子。这种被称为“质子穿梭”的机制实现了电荷的快速转移。

为探究这一过程的具体机理，研究团队重点关注了可能作为质子穿梭级联反应起点的关键物质——去质子化二聚体H₃PO₄·H₂PO₄⁻。他们在实验室中制备了这种分子，并采用低温光谱技术进行研究。研究人员将分子置于氦纳米液滴中，使其冷却至接近绝对零度(仅高于绝对零度0.37度)，随后利用红外辐射解析其结构。这种极端冷却方法可有效排除干扰因素，实现高精度的分子结构解析。

研究结果显示，理论计算预测的两种可能结构中，实际上只有一种稳定存在。这种真实结构具有三个氢键和一个共享的受体氧原子，结构相对刚性，质子转移所需克服的能垒较高。此前对其他含磷酸盐团簇的研究也观察到类似的配位方式，表明这种氢键模式在类似体系中可能普遍存在。

这一研究成果为理解磷酸的质子传导能力提供了分子层面的依据，有助于阐明含磷酸盐体系中的质子传输机理。研究同时验证了实验方法在精确测定分子结构方面的重要性，为设计更高效的质子传导材料开辟了新路径。

出版详情作者：América Y. Torres-Boy等，标题：《去质子化磷酸二聚体的低温振动光谱》，发表于：《物理化学杂志 A》(2025)，杂志信息：物理化学杂志 A