最近，研究人员破译了分子的行为，像纳米电池一样运转

• HPC簇“卡尔”通过大量的计算帮助破译了分子的行为

分子催化剂（像酶一样能够触发或加速某些化学反应的分子）是如何起作用的？它们有什么作用？奥尔登堡大学的一组化学家利用一种功能类似于分子纳米电池的模型分子，已经找到了答案。它由几个钛核组成，通过一层碳原子和氮原子相互连接。这个研究团队最近在《物理化学与化学物理》杂志上发表了他们的发现。

为了更好地了解分子是如何工作的，研究人员进行了电化学和光谱实验，并使用大学的高性能计算集群进行了计算。如果没有高性能的计算基础设施，他们就无法进行破译分子行为所需的大量计算。这突出了这种计算集群对当前研究的重要性。

在论文中，作者展示了他们对一个分子结构的分析结果，其原型是奥尔登堡大学化学系在2006年首次报道的一个出人意料的化学反应的结果。它是一种高度复杂的分子结构，其中三个钛核（通常在高中课程中称为钛离子）通过碳和氮组成的桥接配体相互连接。除了其他原因外，这种化合物应该能够通过金属中心之间的电子交换接受和释放几个电子。

• 奥尔登堡大学正在研究这种分子的结构。钛是红色的，氮是蓝色的，碳是绿色的。分子的基本结构被突出显示，而氢原子则被隐藏起来以便简化。

正确地理解这些过程不仅对基础研究，而且对触发或加速不止一个电子转移的重要反应也特别有意义。这种反应仍然是技术系统的一个主要挑战，目前仍没有令人满意的解决办法。燃料电池技术就是一个例子，它需要同时将四个电子转移到一个氧分子上，以实现电子从氢到氧的流动。这种多电子反应在化学生产中节省材料和能源方面也有很大的潜力。

• 所研究的分子结构

由桥接配体和钛核组成的分子模型化合物，是专门设计用来帮助科学家详细了解具有多个金属中心的化合物如何能够接受和释放电子的方法。不幸的是，2006年制造的这种分子在大多数溶剂中都很难溶解，因此很难研究。

通过化学合成，在化合物中加入了类似螺旋桨的分子基序，以提高其溶解性。这为马尔科维奇的实验提供了基础，该实验揭示了模型化合物可以接受3个电子或释放6个电子（对于单个分子来说，这是一个异常高的容量）。在每一个这些反应中，不仅分子的可见颜色发生变化，而且在人眼看不见的光谱范围内对光的吸收也发生变化。然而，最初，不同电子数量的分子的精确变化不能根据这些光谱范围来确定。

这就是卢卡·格尔哈茨和大学的计算机集群发挥作用的地方。虽然常见的解释是基于这样一个前提，即在每一次由光激发的跃迁中，只有单个电子的能量发生变化，但合著者格尔哈兹在他的量子化学方程式中避免了这些简化的假设。这使得计算更加复杂，并使高性能计算集群忙碌了数月。

最后，研究结果让所有参与者都感到惊讶，当光线照射到被研究的分子时，几个电子同时改变了它们的能级。此外，电荷并不像预期的那样储存在钛中，而是主要储存在桥接配体中，即钛核之间的“链接”中。

金属中心为电子存储提供了一个带正电荷的“框架”，就像“纳米电池”一样。这个模型分子（延伸到整个类类似化合物）已经被证明是一种“能量储存材料的迷你片段”。虽然目前还不能确定它们的全部潜力，但这种具有分子电荷存储基元的“框架”可以成为多电子反应复杂分子催化剂的一种新的设计元素。