电子和质子的运动在生物系统和工程材料中常常是协同工作的。最常见的例子是质子耦合电子转移（PCET），这一过程在生物能量学、细胞呼吸、光合作用和氮固定中发挥着核心作用。PCET也影响了用于能量转化和存储的许多人工材料的设计。最近，科学家们识别出了另一种相关过程，称为质子耦合单态能量转移（PCEnT）。基于之前对PCET和PCEnT的研究，由中国科学院大连化学物理研究所的吴开锋教授领导的团队研究了另一个重要但理解较少的过程：与质子运动相关的三重态能量转移。三重态能量转移是自然和合成系统中能量转移的主要路径，但它与单态能量转移的运作方式不同。理解质子运动如何影响这一过程可能为控制先进材料中的能量流动打开新的途径。在《自然材料》上发表的一项研究中，研究人员报告了一种之前未知的机制，称为质子接驳辅助三重态能量转移（PS-TET）。该过程是在能量从基于ZnSe的胶体量子点（QDs）传递到附着在其表面的酚-吡啶二元受体时观察到的。质子接驳如何移动能量当ZnSe QDs吸收光时，它们进入激发态。一个空穴随后从ZnSe转移到酚，同时质子从酚向吡啶移动。接着，电子从ZnSe转移到苯氧基自由基。与此同时，质子从吡啶转回到其原始位置。这些相互关联的步骤共同产生了从ZnSe QDs到酚-吡啶二元体的自旋三重态能量的整体移动。质子最终回到它开始的地方，但其临时移动产生了重大影响。与不含质子接驳的甲基化类似物相比，这种接驳大大提高了三重态能量转移的速度和效率。团队还发现向吡啶添加一个强电子吸引的三氟甲基取代基可以改变质子耦合电子和空穴转移步骤发生的顺序。室温下的量子隧穿PS-TET的速率在温度下几乎没有变化。这表明质子并不是通过传统的热驱动过程移动的。相反，它似乎是通过量子机械隧穿进行移动的。涉及质子振动波函数重叠积分的计算支持了这一解释。这些积分有助于确定哪些激发态弛豫路径更受青睐，并引导系统高效进行三重态能量迁移。这些发现表明，即使在室温下，量子效应也可以用来控制复杂材料中的电荷和能量转移。