華東師範大學化學與分子工程學院徐林教授和精密光譜科學與技術國家重點實驗室孫海濤研究員課題組跨學科合作研究，在超分子光化學領域取得重要進展。相關研究成果近日發表於《美國化學會志》。
發展新的簡易平臺體系對於構築高效率光敏劑具有重要價值。科學家認為，集成樹枝狀分子和機械互鎖分子的雙重優勢而發展的輪烷樹狀分子，有望作為構築高效光敏劑的平臺體系。
為此，研究人員分別發揮各自在超分子光學體系構建以及量子理論計算方面的優勢，對光敏劑的光敏化機理進行了合理、巧妙的分子設計。通過簡單高效的合成方法，成功在輪烷基元的軸和輪上分別引入多個重原子鉑和光敏基元蒽，利用可控發散策略，實現了三代功能化輪烷樹狀分子的合成。輪烷樹狀分子骨架上含有21個鉑原子和42個光敏基元蒽，是迄今為止合成的重原子和光敏基元最多並且分布精準的分立多輪烷光敏劑體系之一。
研究結果表明：在輪烷基元的軸和輪上分別引入多個鉑原子和蒽光敏基團，可以明顯提高光敏劑的旋軌耦合常數和增加能量躍遷通道來促進系間竄越（ISC），從而有效提高光敏化的效率。另同時，輪烷樹狀分子剛性骨架的獨特空間立體效應可以避免分子內或分子間光敏劑之間的聚集，有利於保持光敏劑的高效光敏化活性。
同時，研究人員詳細研究了這一系列新型輪烷樹狀分子光敏劑結構與性質之間的關係，發現該輪烷樹狀分子的光敏化效率隨著代數增長而逐漸增加。第一、二和三代輪烷樹狀分子的單線態氧產率分別是其相應單體的1.8、4.5和13.3倍。光敏化增強歸因於輪烷基元的軸和輪上引入的多個重原子和光敏基團增強了系間竄越。相關機理通過紫外—可見吸收光譜、穩態螢光光譜、含時密度泛函理論、光解模型反應和表觀活化能計算等手段和方法進行了證實。
研究人員表示，新型功能化輪烷樹狀分子不僅可作為製備高效光敏劑的平臺體系，而且在人工光捕獲、光解材料和動態智能材料方面具有重要的潛在應用價值。
華東師大化學與分子工程學院博士研究生李偉健為該成果的第一作者，徐林教授、孫海濤研究員和楊海波教授為共同通訊作者。
相關論文信息：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c07292
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