维度网讯，西北大学（Northwestern University）团队开发出一种液态材料，能在单一系统内捕获能量、储存数月并按需释放，传统上这一功能需要多种材料或不同设备才能实现。受细胞骨架动态行为的启发，这种新材料完全在水中运行，无需金属和塑料，有望推动储能、环境净化和柔性电子等领域的发展。

这种材料最初呈现为黄色液体，吸收来自阳光、电力或X射线等来源的能量后会改变形态，转变为一种能够长时间储存能量的黑色导电凝胶。当需要能量时，凝胶可驱动化学反应，作用类似电池放电。能量耗尽后，将其暴露在空气中的氧气中，材料就会恢复为液体状态，准备好再次充电和重复使用。

该研究的首席研究员塞缪尔·I·斯图普（Samuel I. Stupp）表示，目标是复制生命体持续构建、拆解和重建结构的非凡能力。他指出，生命系统极其动态，不断构建结构、拆解并重新创建，希望开发一种能表现类似行为同时实现有用功能的合成材料。根据需求储存和释放能量的能力，使这一平台成为多种技术应用的前景候选者。

这项研究解决了可再生能源的主要挑战之一：将能量的捕获、储存和利用集成到同一种材料中。传统上，从光或其他来源获得的能量必须立即使用或存储在单独的电池里。新系统消除了功能分离，将三个过程整合在一个单一的分子结构中。

研究人员借助了超分子材料，这些材料由能够自组装成更复杂结构的分子组成。这种名为ANI-MV的新材料结合了两种基本成分：一种是对光敏感的氨基酸萘（ANI）芳香单元，另一种是专门储存电子的甲基紫精（MV）分子。当ANI部分吸收能量时，会将电子转移到MV单元。随着MV积累电荷，相邻分子开始强烈吸引，形成名为“pimers”的配对，随后自组装成纳米级半导体带，电子可在其中自由移动。这些带的缠结最终形成作为能量库的黑色导电凝胶。

研究人员强调，这些结构代表了第一个基于pimer的超分子聚合物示例，由能够储存电子的分子对自组装而成，这种结构使能量分布在凝胶的整个分子网络中。

进行的测试还展示了一个特别引人注目的特性：即使完全没有光，材料也能继续驱动化学反应。储存能量后，凝胶能将能量转移到氧气中，生成高活性分子，在黑暗中驱动化学过程——作者将其描述为“暗光催化”。

该系统的多功能性在实验中也很明显。无论能量来自化学燃料、光、电还是X射线，材料总是经历相同的黄色液体和黑色导电凝胶之间的可逆转变。暴露在空气中可以恢复材料的初始状态，使其回到由小分子非导电聚集体组成的液体悬浮液。

另一个优点是可通过光在空间上控制转变。科学家可以创建微小的导电图案，当材料重置时图案会消失，这一特性对自适应电子设备和可编程材料具有潜力。

作者认为，潜在应用涵盖从可再生能源存储系统到环境净化技术以及新一代柔性电子产品。根据斯图普的估计，一克这种材料可能储存足够为智能手表或其他便携设备充电的能量。他指出，世界产生大量太阳能，但储存它直到需要时仍是一个挑战，这种材料与电池功能相同，但完全在水中运行，不需要金属或塑料，并且可以反复充电，这种清洁、灵活的平台可能为可再生能源开辟新机遇。

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