揭示光合放氧复合物初期演化的量子特征
生物物理
2024-09-02 v2
摘要
光合作用中放氧复合物（OEC）的水氧化是由光电空穴诱导的极化场驱动的。通过强调极化场在重塑自旋与轨道势中的作用，本文揭示了水氧化之前相对简单的 OEC 在 S0 - S2 态内演化的特征与潜在机制。在电子转移过程中，伴随着 Mn 原子的自旋翻转和 Mn 氧化态的变化，在费米面附近观察到了电子供体 Mn 原子态密度（DOS）的特征偏移。值得注意的是，Mn 原子的自旋翻转指向下一态的最终自旋构型。研究发现，电子转移倾向于稳定催化剂 OEC 自身，而质子转移通过准备新的电子供体推动演化向前进行，这体现了质子耦合电子转移。同时，结果表明，在电子转移过程中，电子供体候选 Mn 原子周围的 Mn-O 键键长发生了特征性变化。第一性原理计算揭示的这些伴生现象，表征了 OEC 在状态演化与稳定性之间的本质平衡，这构成了动态 OEC 循环的基础。特别是，在质子耦合电子转移时发生的费米能级附近 DOS 的特征起伏，可用于揭示广泛实际系统中的关键过程。
引用
@article{arxiv.2404.07048,
title = {Uncovering quantum characteristics of incipient evolutions at the photosynthetic oxygen evolving complex},
author = {Pei-Ying Huo and Wei-Zhou Jiang and Rong-Yao Yang and Xiu-Rong Zhang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2404.07048},
year = {2024}
}