光合作用是地球上生物利用太陽能的重要反應(yīng),光捕獲是光合作用的重要過程。人工光捕獲體系的構(gòu)筑不僅可以幫助我們深入了解光合作用的過程,為模擬光合作用提供理論基礎(chǔ),而且在太陽能電池、光電材料以及化學(xué)傳感器等領(lǐng)域也有著廣泛的應(yīng)用前景。目前報(bào)道的人工模擬光捕獲體系大多只具有一次能量轉(zhuǎn)移過程,而自然界的光捕獲以多次能量轉(zhuǎn)移過程為特征,具有連續(xù)能量轉(zhuǎn)移過程的體系的構(gòu)筑面臨著巨大挑戰(zhàn)。
近期,東華大學(xué)化學(xué)化工與生物工程學(xué)院易濤教授、張燈青副教授課題組發(fā)展了基于鉑(II)基大環(huán)的具有連續(xù)能量轉(zhuǎn)移過程的光捕獲體系,并成功用于光催化C-H活化反應(yīng)(圖1),相關(guān)研究成果以《基于金屬大環(huán)的具有連續(xù)能量轉(zhuǎn)移過程的光捕獲體系構(gòu)筑及其光化學(xué)催化研究》(Artificial Light-Harvesting Metallacycle System with Sequential Energy Transfer for Photochemical Catalysis)為題發(fā)表在《美國化學(xué)會志》上。東華大學(xué)碩士生余威為論文第一作者,張燈青、易濤為共同通訊作者,東華大學(xué)為唯一通訊單位。
圖1. 光捕獲體系的構(gòu)筑及光催化過程示意圖
利用配位鍵導(dǎo)向自組裝將具有聚集誘導(dǎo)發(fā)光(AIE)特性的四苯乙烯基團(tuán)引入到鉑(II)大環(huán)化合物M1中,M1在水/甲醇(19:1, v/v)溶液中自組裝成納米球狀結(jié)構(gòu),顯示了良好的AIE特性,可以作為光捕獲體系的理想能量給體。加入能量受體曙紅Y(ESY)后,構(gòu)筑了一步能量轉(zhuǎn)移體系M1-ESY,再加入第二個(gè)能量受體磺基羅丹明(SR101)后,實(shí)現(xiàn)了從M1組裝體到ESY再到SR101的兩步連續(xù)能量轉(zhuǎn)移體系(圖2)。
圖2.(a)向M1中加入不同量的ESY的發(fā)射光譜變化圖。(2)M1與M1-ESY(100:1)的熒光壽命衰變曲線。(3)向M1-ESY體系中加入不同量的SR101的發(fā)射光譜變化圖.(4)M1-ESY與M1-ESY-SR101(500:5:4)的熒光壽命衰變曲線。
為了更好地模擬自然光合作用,M1-ESY-SR101體系被用于催化水溶液中C-H鍵烷基化反應(yīng),與M1-ESY體系或ESY/SR101體系相比,表現(xiàn)出更好的催化性能(表1)。
表1. 光催化苯基乙烯基砜與四氫呋喃的C-H鍵活化反應(yīng)
該研究得到國家自然科學(xué)基金、上海市自然科學(xué)基金的資助。
論文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.0c12522
參考資料
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