易濤&張燈青JACS:具有連續能量轉移的人工光捕獲體系的開發及應用


【研究背景】

光捕獲系統(LHSs)在光合作用中起著重要的作用,引起了人們廣泛的研究興趣。在自然界中,多個緊密排列的天線發色團(供體)收集陽光并將收集到的能量輸送給一個受體。各種各樣的平臺,如聚合物、金屬-有機框架、樹狀大分子、超分子系統、納米晶體和DNA等已經被成功地開發出來用于模擬天然界LHSs。這些平臺一般分為兩類:共價體系和非共價體系。共價體系顯示出顯著的穩定性,但合成困難,每個受體僅含有有限的供體生色團。相比之下,非共價體系具有可控和動態特點,利于調控供體-受體的比例。具有AIE特征的超分子配合物是構建LHSs的理想平臺,然而目前報道的基于AIE的人工模擬光捕獲體系大多只具有一次能量轉移過程。自然界的光捕獲以多次能量轉移過程為特征,具有連續能量轉移過程的光捕獲體系的構筑面臨著巨大挑戰。

【成果簡介】

近日,東華大學易濤教授和張燈青副教授聯合開發了一個含有四苯乙烯的四邊形鉑(II)金屬環(M1)作為一個光捕獲平臺。由于聚集誘導發射(AIE)效應,M1組裝體是理想的供體,實現了從M1組裝體到曙紅Y(ESY)和磺基羅丹明(SR101)的兩步有序能量轉移。在此過程中,ESY被用作中繼模式中的橋接器。為了更好地模擬自然光合作用,M1-ESY-SR101系統被用作水溶液中C-H鍵烷基化的光化學催化,與M1-ESY系統或ESY/SR101相比顯示出更強的催化活性。該論文以題為“Artificial Light-Harvesting Metallacycle System with Sequential Energy Transfer for Photochemical Catalysis”發表在知名期刊J. Am. Chem. Soc.上,碩士生余威為論文第一作者,張燈青、易濤為共同通訊作者,東華大學為唯一通訊單位。

【圖文導讀】

圖一、光捕獲體系的構筑及光催化過程示意圖

圖二、納米粒子的尺寸及形貌表征

M1,M1-ESY,M1-ESY-SR101的TEM和DLS表征。

圖三、光捕獲及熒光壽命

(a)向M1中加入不同量的ESY的發射光譜變化圖。

(b)M1M1-ESY(100:1)的熒光壽命衰變曲線。

(c)向M1-ESY體系中加入不同量的SR101的發射光譜變化圖.

(d)M1-ESY與M1-ESY-SR101(500:5:4)的熒光壽命衰變曲線。

圖四、光催化研究

光催化苯基乙烯基砜與四氫呋喃的C-H鍵活化反應。

【結論展望】

綜上所述,作者基于AIE四邊形金屬環,采用兩步SET工藝成功地制備了一種高效的LHSs。具有AIE活性的M1組裝體是理想的供能體,ESY作為受體后,發生了第一步的能量傳遞過程。隨后,以ESY為中繼,SR101為第二能量受體,在水介質中成功地實現了兩步SET過程。此外,M1-ESY-SR101 體系對水溶液中C-H鍵的烷基化反應表現出良好的光催化活性。因此,基于金屬環M1的人工LHS在模擬自然光合作用方面具有潛在的應用前景。

文獻鏈接:Artificial Light-Harvesting Metallacycle System with Sequential Energy Transfer for Photochemical Catalysis (J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 1313–1317)

團隊介紹

易濤,1966年5月出生,國家杰出青年基金獲得者,入選上海市浦江人才和上海市優秀學術帶頭人。1987、1990和1998年在北京大學分別獲學士、碩士和博士學位,1999-2004年分別在日本京都大學(日本學術振興會JSPS博士后)、日本東京大學和法國巴黎大學(XI校)從事研究工作,2004年5月加盟復旦大學,2019年加盟東華大學,從事分子/超分子光功能材料,生物分子的熒光檢測和熒光成像以及診療一體化等方面的研究,已在國內外核心期刊如Chem. Soc. Rev.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Chem. Sci.、Adv. Mater.等發表學術論文180余篇,被“Nature China”,“Chemistry World”,“Noteworth Chemistry”等國外科技新聞雜志亮點評述。論文共被他人引用8000余次(H指數=50)。

張燈青,博士,副教授,碩士生導師。2007年在復旦大學獲得博士學位,同年進入東華大學工作至今,主要從事超分子聚合物制備及性能研究和功能材料的合成與組裝。在國內外核心期刊如J. Am. Chem. Soc.、Chem. Commun.、Chem. Eur. J.、Inorg. Chem.、Polym. Chem.、Polymer、Dyes Pigments等發表學術論文40余篇。

本文由大兵哥供稿。

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