师法自然，构建水体系工作的具有连续能量转移过程的光捕获系统

光合作用是地球上生物利用太阳能的重要反应，光捕获是光合作用的重要过程。人工光捕获体系的构筑不仅可以帮助我们深入了解光合作用的过程，为模拟光合作用提供理论基础，而且在太阳能电池、光电材料以及化学传感器等领域也有着广泛的应用前景。目前报道的人工模拟光捕获体系大多只具有一次能量转移过程且不适合在水体系工作，而自然界的光捕获以多次能量转移过程为特征。然而构筑具有连续能量转移过程的体系面临巨大的挑战。

近期，东华大学的易涛教授、张灯青副教授课题组发展了基于铂(II)基大环自组装体系、具有连续能量转移过程的光捕获体系，并成功用于水体系中光催化苯基乙烯基砜和四氢呋喃的C-H键活化反应（图1）。

图1. 光捕获体系的构筑及光催化过程示意图

利用配位键导向自组装方法将具有聚集诱导发光（AIE）特性的四苯乙烯基团引入到铂(II)大环化合物M1中，M1在水/甲醇(19:1, v/v)溶液中自组装形成纳米球状结构，显示了良好的AIE特性，可以作为光捕获体系的理想能量给体。由于M1的发射光谱和曙红Y（ESY）的吸收光谱有较好的重叠，当加入能量受体ESY后，ESY能够进入M1组装体的内部，构筑了一步能量转移体系M1- ESY，缩短了给体和受体之间的距离。在370 nm激光的照射下，M1在495 nm处的发射峰逐渐减弱，而555 nm处归属于ESY的发射峰逐渐增强，在能量给体-受体摩尔比为100:1时，能量转移效率达到28.6%，天线效应为18.3，荧光量子产率为19.31%。

再继续加入第二个能量受体磺基罗丹明（SR101）后，归属于M1−ESY组装体的555 nm处的发射峰逐渐减弱，同时归属于SR101 607 nm处的发射峰逐渐增强，荧光颜色由黄绿色变为浅红色。在M1:ESY:SR101 (500:5:2)体系中，荧光量子产率、第二步能量转移效率和天线效应分别达到24.06%，59.5%和8.9。荧光寿命由 τ₁ = 2.20 ns, τ₂ = 3.74 ns (M1−ESY组装体) 减少到 τ₁ = 1.75 ns, τ₂ = 3.55 ns (M1−ESY−SR101组装体)。表明成功实现了从M1组装体到ESY再到SR101的两步连续能量转移（图2）。

图2. （a）向M1中加入不同量的ESY的发射光谱变化图。（2）M1与M1-ESY（100:1）的荧光寿命衰变曲线。（3）向M1-ESY体系中加入不同量的SR101的发射光谱变化图。（4）M1-ESY与M1-ESY-SR101（500:5:4）的荧光寿命衰变曲线。

为了更好地模拟自然界光合作用，M1-ESY-SR101体系被用于催化水溶液中苯基乙烯基砜和四氢呋喃的C-H键烷基化反应，与一步能量转移的M1-ESY体系或ESY/SR101体系相比，具有连续能量转移过程的光捕获系统大大缩短了反应时间、提高了转化率和产率，表现出更好的催化性能（表1）。

表1. 光催化苯基乙烯基砜与四氢呋喃的C-H键活化反应

该工作对深入理解和模拟自然界光合作用具有重要的意义。相关工作近期发表在J. Am. Chem. Soc.上，第一作者为东华大学张灯青副教授，张灯青副教授和易涛教授为共同通讯作者。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Artificial Light-Harvesting Metallacycle System with Sequential Energy Transfer for Photochemical Catalysis

Dengqing Zhang,* Wei Yu, Suwan Li, Yan Xia, Xianying Li, Yiran Li, and Tao Yi*

J. Am. Chem. Soc., 2021, DOI: 10.1021/jacs.0c12522

导师介绍

易涛，博士，教授，国家杰出青年基金获得者，入选上海市浦江人才和上海市优秀学术带头人。1987、1990和1998年在北京大学分别获学士、硕士和博士学位，1999-2004年分别在日本京都大学（日本学术振兴会JSPS博士后）、日本东京大学和法国巴黎大学（XI校）从事研究工作，2004年5月加盟复旦大学，2019年加盟东华大学，从事分子/超分子光功能材料，生物分子的荧光检测和荧光成像以及诊疗一体化等方面的研究，已在国内外核心期刊如Chem. Soc. Rev.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Chem. Sci.、Adv. Mater.等发表学术论文190余篇，被“Nature China”，“Chemistry World”，“Noteworth Chemistry”等国外科技新闻杂志亮点评述。

张灯青，博士，副教授，硕士生导师。2007年在复旦大学获得博士学位，同年进入东华大学工作至今，主要从事超分子聚合物制备及性能研究和功能材料的合成与组装。在国内外核心期刊如J. Am. Chem. Soc.、Chem. Commun.、Chem. Eur. J.、Inorg. Chem.、Polym. Chem.、Polymer、Dyes Pigments等发表学术论文40余篇。

https://www.x-mol.com/university/faculty/17650