化學所實現高效三線態能量轉移

2020-11-25 中國科學院

　　電子與能量轉移過程廣泛存在於自然界、生命體系和光電器件中。自然界高效的捕光和能量轉移過程啟發人們不斷進行仿生工作的探索。迄今為止，單線態能量轉移研究已經獲得了很大進展，然而三線態能量轉移的效率和速率仍然較低。開發高效三線態能量轉移體系對提高電致發光器件效率、磷光傳感與成像以及理解光合作用的三線態光保護機理有重要意義。

　　光功能金屬配合物具有豐富的電化學和光物理性質，是一種非常優秀的電子和能量轉移研究模型化合物。近年來，中國科學院化學研究所光化學實驗室科研人員通過「有機-無機共軛」方法設計、合成了一系列金屬有機釕配合物，並對其相關的基本電子轉移過程和光電性質開展了系統性研究（Coord. Chem. Rev. 2013, 257, 1357; J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 4058; Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 9192; Coord. Chem. Rev. 2016, 312, 22）。

　　近期，在國家自然科學基金委和中科院先導項目支持下，化學所光化學實驗室姚建年團隊鍾羽武課題組、趙永生課題組和分子動態與穩態結構實驗室史強課題組進行合作，選取兩種結構和溶解度相似的金屬銥、釕光功能配合物作為能量給、受體，通過溶液再沉澱自組裝法，製備了雙組份均勻摻雜或異質結納米棒。受益於微納晶結構的高規整度以及給、受體之間能級和光譜的高度匹配，這些低維材料表現出高效三線態能量轉移效果。通過改變釕配合物受體的含量（0 – 1.5%），一維晶體呈現出綠、黃、橙、紅等不同顏色發光。當給、受體比例為200:1 時，其能量轉移效率達到75%以上，能轉移速率接近107 s-1。理論計算和實驗結果表明，該三線態體系的能量轉移以Förster共振耦合參與的激子擴散機理為主。在進一步研究中，科研人員利用能量轉移引起的多色發光，成功實現在微納尺度下對納米棒多級組裝過程的原位觀察和不同波段下光信號波導輸出和邏輯處理。相關研究工作發表於J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 4269-4278。

圖：給、受體分子的化學結構、二元一維納米棒發光照片以及相關能量轉移性質

　　電子與能量轉移過程廣泛存在於自然界、生命體系和光電器件中。自然界高效的捕光和能量轉移過程啟發人們不斷進行仿生工作的探索。迄今為止，單線態能量轉移研究已經獲得了很大進展，然而三線態能量轉移的效率和速率仍然較低。開發高效三線態能量轉移體系對提高電致發光器件效率、磷光傳感與成像以及理解光合作用的三線態光保護機理有重要意義。
　　光功能金屬配合物具有豐富的電化學和光物理性質，是一種非常優秀的電子和能量轉移研究模型化合物。近年來，中國科學院化學研究所光化學實驗室科研人員通過「有機-無機共軛」方法設計、合成了一系列金屬有機釕配合物，並對其相關的基本電子轉移過程和光電性質開展了系統性研究（Coord. Chem. Rev. 2013, 257, 1357; J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 4058; Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 9192; Coord. Chem. Rev. 2016, 312, 22）。
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