近期,南京大學化學化工學院介觀化學教育部重點實驗室超分子化學與智能材料團隊胡曉玉/王樂勇課題小組在基于超分子組裝體構筑人工光捕獲體系研究取得初步進展,其成果“Highly Efficient Artificial Light-Harvesting Systems Constructed in Aqueous Solution Based on Supramolecular Self-Assembly”于2018年1月31日在著名的德國應用化學(Angew. Chem. Int. Ed., DOI:10.1002/anie.201800175)上在線發表。博士研究生郭書文為該論文第一作者,胡曉玉副研究員、王樂勇教授為論文共同通訊作者。
光合作用是自然界生命體賴以生存、進行活動的基礎,模擬自然界的捕光天線體系,在光催化、光化學傳感、發光器件、光電轉換以及解決人類面臨的能源危機等方面具有重大的意義。緊密堆疊、鑲嵌于蛋白的色素分子構成了高效的光捕獲天線體系,它不僅能高效收集分散的太陽光能,也可以保證反應中心在弱光條件下也被活化。目前,模擬自然捕光天線體系已取得巨大進步,但在水相中構筑高效人工光捕獲體系仍然是一項挑戰性的工作。
胡曉玉/王樂勇課題組利用客體雙親性分子G和主體水溶性大環柱芳烴(WP6)和疏水性染料尼羅紅(NiR)/曙紅Y(ESY)構筑了兩種高效人工光捕獲體系。雙親性分子G和WP6發生主客體作用形成超分子雙親體,然后進一步正交組裝形成超分子納米組裝體,其結果大幅度提高了分子G的聚集誘導發光能力(AIE效應)。這一納米組裝體可以將疏水染料NiR包載在其實心核中,并可以作為能量給體,實現由能量給體G到NiR的能量轉移,且體系在給體和受體比例為150:1時的天線效應為25。鑒于這一超分子納米聚集體的優良發光性能,他們更進一步構筑了另一人工捕光體系,實現了由能量給體G到曙紅Y的能量轉移,這一體系在給體和受體比例為200:1時的天線效應為28。超分子組裝體簡單高效地構筑了模擬自然界光合作用的平臺,為進一步實現光電轉換與能量存儲提供了良好的基礎,后續研究將進一步深入展開。
該項目得到國家自然科學基金、科技部重大研究計劃和德國洪堡基金的資助;同時感謝南京大學地球科學系陸現彩教授,生命學院張冬梅副教授和王睿勇副教授,以及化學化工學院強琚莉副教授和林晨副教授的深入討論。
論文鏈接:http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201800175/full
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