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，而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体系的构筑面临着巨大挑战。

近期，东华大学化学化工与生物工程学院易涛教授、张灯青副教授课题组发展了基于铂(II)基大环的具有连续能量转移过程的光捕获体系，并成功用于光催化C-H活化反应（图1），相关研究成果以《基于金属大环的具有连续能量转移过程的光捕获体系构筑及其光化学催化研究》（Artificial Light-Harvesting Metallacycle System with Sequential Energy Transfer for Photochemical Catalysis）为题发表在《美国化学会志》上。东华大学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。加入能量受体曙红Y（ESY）后，构筑了一步能量转移体系M1-ESY，再加入第二个能量受体磺基罗丹明（SR101）后，实现了从M1组装体到ESY再到SR101的两步连续能量转移体系（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光合作用，M1-ESY-SR101体系被用于催化水溶液中C-H键烷基化反应，与M1-ESY体系或ESY/SR101体系相比，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

该研究得到国家自然科学基金、上海市自然科学基金的资助。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.0c12522

参考资料

[1] 化工生物学院易涛教授、张灯青副教授课题组在光捕获研究领域取得新进展,https://news.dhu.edu.cn/2021/0119/c523a226083/page.htm