综述：利用光能突破化学平衡的分子系统研究

这篇综述深入探讨了光驱动分子系统突破热力学平衡（OEQ）的前沿进展，重点阐述了光能如何通过光开关（photoswitch）、分子马达（molecular motors）和耗散自组装（dissipative self-assembly）等机制实现非平衡态调控，为合成化学、能源转换和生物医学材料提供了创新策略。

　　

非平衡态与能量输入

热力学平衡（Equilibrium）是化学研究的传统范式，但生命系统依赖高能态（如酶促反应）实现功能。人工模拟这类非平衡态（OEQ）系统面临能量转导和反应网络设计的挑战。光能因其时空精确性、无副产物和可再生性成为理想驱动力，其光子激发可规避微观可逆性（microscopic reversibility）限制。

光异构化驱动的定向运动与拓扑纠缠

基于光异构化的分子马达（如过拥挤烯烃）通过单向旋转诱导拓扑纠缠（图2A），将光能转化为构象应变。类似机制被用于调控轮烷（rotaxane）中环的穿梭运动（图2B），其中偶氮苯（azobenzene）的光异构化通过变构效应调控酸碱响应位点，形成耗散性OEQ态。

光驱动的非平衡自组装

光酸（photoacid）和光诱导电子转移（PET）可触发pH/氧化还原敏感组件的自组装。例如，螺吡喃-部花青（spiropyran-merocyanine）光酸调控DNA折纸（DNA origami）的纤维化（图3A）；偶氮苯-环糊精复合物通过光异构化实现动力学控制的自组装（图3B）。

光控共价键的非平衡形成

动态共价化学（如亚胺交换）与光开关耦合可实现“棘轮合成”（ratcheted synthesis）。图4展示的分子马达通过拓扑应变驱动亚胺键断裂，而芳基亚胺吡唑（aryliminopyrazoles）的光异构化直接产生耗散性OEQ态。

光驱动软材料的非平衡行为

光响应凝胶通过分子马达交联实现宏观收缩（图5A-C），而光稳定动态材料（LSDM）利用光触发环加成构建可逆网络，应用于3D打印。光酸调控的DNA水凝胶则展示了可编程图案化潜力。

未来展望

光驱动OEQ系统的核心挑战在于光化学与热反应的耦合设计。未来需探索新型光开关、拓宽非平衡反应类型（如非自组装体系），并量化能量存储效率。太阳光驱动的耗散系统或将为能源转换和自适应材料开辟新途径。

（注：全文严格依据原文缩编，专业术语与机制均保留原始表述，未添加非文献内容。）