易涛&张灯青JACS：具有连续能量转移的人工光捕获体系的开发及应用

【研究背景】

光捕获系统（LHSs）在光合作用中起着重要的作用，引起了人们广泛的研究兴趣。在自然界中，多个紧密排列的天线发色团（供体）收集阳光并将收集到的能量输送给一个受体。各种各样的平台，如聚合物、金属-有机框架、树状大分子、超分子系统、纳米晶体和DNA等已经被成功地开发出来用于模拟天然界LHSs。这些平台一般分为两类：共价体系和非共价体系。共价体系显示出显著的稳定性，但合成困难，每个受体仅含有有限的供体生色团。相比之下，非共价体系具有可控和动态特点，利于调控供体-受体的比例。具有AIE特征的超分子配合物是构建LHSs的理想平台，然而目前报道的基于AIE的人工模拟光捕获体系大多只具有一次能量转移过程。自然界的光捕获以多次能量转移过程为特征，具有连续能量转移过程的光捕获体系的构筑面临着巨大挑战。

【成果简介】

近日，东华大学易涛教授和张灯青副教授联合开发了一个含有四苯乙烯的四边形铂（II）金属环（M₁）作为一个光捕获平台。由于聚集诱导发射（AIE）效应，M₁组装体是理想的供体，实现了从M₁组装体到曙红Y（ESY）和磺基罗丹明（SR₁₀₁）的两步有序能量转移。在此过程中，ESY被用作中继模式中的桥接器。为了更好地模拟自然光合作用，M₁-ESY-SR₁₀₁系统被用作水溶液中C-H键烷基化的光化学催化，与M₁-ESY系统或ESY/SR₁₀₁相比显示出更强的催化活性。该论文以题为“Artificial Light-Harvesting Metallacycle System with Sequential Energy Transfer for Photochemical Catalysis”发表在知名期刊J. Am. Chem. Soc.上，硕士生余威为论文第一作者，张灯青、易涛为共同通讯作者，东华大学为唯一通讯单位。

【图文导读】

图一、光捕获体系的构筑及光催化过程示意图

图二、纳米粒子的尺寸及形貌表征

M₁，M₁-ESY，M₁-ESY-SR₁₀₁的TEM和DLS表征。

图三、光捕获及荧光寿命

（a）向M₁中加入不同量的ESY的发射光谱变化图。

（b）M₁与M₁-ESY（100:1）的荧光寿命衰变曲线。

（c）向M₁-ESY体系中加入不同量的SR₁₀₁的发射光谱变化图.

（d）M₁-ESY与M1-ESY-SR₁₀₁（500:5:4）的荧光寿命衰变曲线。

图四、光催化研究

光催化苯基乙烯基砜与四氢呋喃的C-H键活化反应。

【结论展望】

综上所述，作者基于AIE四边形金属环，采用两步SET工艺成功地制备了一种高效的LHSs。具有AIE活性的M₁组装体是理想的供能体，ESY作为受体后，发生了第一步的能量传递过程。随后，以ESY为中继，SR₁₀₁为第二能量受体，在水介质中成功地实现了两步SET过程。此外，M₁-ESY-SR₁₀₁ 体系对水溶液中C-H键的烷基化反应表现出良好的光催化活性。因此，基于金属环M₁的人工LHS在模拟自然光合作用方面具有潜在的应用前景。

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

团队介绍

易涛,1966年5月出生，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180余篇，被“Nature China”，“Chemistry World”，“Noteworth Chemistry”等国外科技新闻杂志亮点评述。论文共被他人引用8000余次(H指数=50)。

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。

本文由大兵哥供稿。

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