近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所化學(xué)動(dòng)力學(xué)研究室光電材料動(dòng)力學(xué)研究組研究員吳凱豐與鄭州大學(xué)陳宗威博士等合作，揭示了一種分子自旋三線態(tài)產(chǎn)生的新機(jī)制。研究人員利用金屬納米顆粒與有機(jī)分子構(gòu)建無(wú)機(jī)-有機(jī)雜化材料，通過(guò)金屬-分子界面超快電荷分離，結(jié)合金屬納米顆粒中超快的電子自旋翻轉(zhuǎn)，高效率地產(chǎn)生了分子自旋三線態(tài)，該工作對(duì)分子三線態(tài)光化學(xué)的發(fā)展及應(yīng)用具有重要意義。
大連化物所揭示金屬顆粒誘導(dǎo)分子自旋三線態(tài)產(chǎn)生的新機(jī)制
分子自旋三線態(tài)的高效產(chǎn)生是光化學(xué)和光物理領(lǐng)域的一個(gè)重要研究課題。由于分子無(wú)法在自旋為零的基態(tài)與自旋為一的三重激發(fā)態(tài)之間進(jìn)行直接的光學(xué)躍遷，因此，分子三線態(tài)通常也被稱為光學(xué)“暗態(tài)”。針對(duì)分子三線態(tài)的高效產(chǎn)生和應(yīng)用這一難題，吳凱豐團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)揭示了量子點(diǎn)-分子界面電荷轉(zhuǎn)移介導(dǎo)三線態(tài)傳能的各類新機(jī)制（Nat. Commun.，2020；JACS，2020；Nat. Commun.，2021）；闡明了無(wú)機(jī)量子點(diǎn)中的超快自旋馳豫在其中起到的關(guān)鍵角色（JACS，2020；Chem，2022）；并在雜化體系的上轉(zhuǎn)換發(fā)光和光合成等方面的應(yīng)用取得系列進(jìn)展（Nat. Photonics，2023；JACS，2019；JACS，2020；Angew，2022；Angew，2022）。
本工作中，研究團(tuán)隊(duì)采用金屬銀納米顆粒取代傳統(tǒng)的貴金屬有機(jī)配合物和半導(dǎo)體量子點(diǎn)，探索金屬納米顆粒誘導(dǎo)分子三線態(tài)的可能性。研究發(fā)現(xiàn)，超快瞬態(tài)吸收光譜顯示由于銀納米顆粒超快的熱電子活化過(guò)程，因此，從金屬納米顆粒到分子的電荷/能量轉(zhuǎn)移效率都非常低；反之，光激發(fā)分子可以發(fā)生分子到金屬納米顆粒有效的空穴轉(zhuǎn)移，并最終通過(guò)自旋翻轉(zhuǎn)和電荷復(fù)合生成分子的三線態(tài)。團(tuán)隊(duì)還揭示了Marcus反轉(zhuǎn)區(qū)間在控制電荷轉(zhuǎn)移通路中起到的關(guān)鍵角色。
該工作通過(guò)對(duì)雜化材料體系的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)和超快瞬態(tài)吸收光譜的深入解析，揭示了金屬納米顆粒誘導(dǎo)生成分子三線態(tài)的新原理，展示了這類雜化材料在光動(dòng)力治療和光催化等領(lǐng)域的重要應(yīng)用潛力。
上述工作以“Molecular Triplet Generation Enabled by Adjacent Metal Nanoparticles”為題，于近日發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》（Journal of the American Chemical Society）上，并被選為補(bǔ)充封面（Supplementary Cover）。該成果的第一作者是大連化物所博士后陳宗威（已出站），該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院穩(wěn)定支持基礎(chǔ)研究領(lǐng)域青年團(tuán)隊(duì)計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。
文章鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c05364
