高效光捕获树枝形聚合物体系的构筑及其聚集态光物理过程研究

In recent years, significant efforts have been made to investigate and manipulate the photophysical process in aggregation and condensed state. Mimicking photosynthesis system is a promising way to utilize solar energy in future and it is of great important to realize the light conversion mechanism in artificial light-harvesting systems. In this proposal, a series of efficient light-harvesting dendrimers modified with aggregation-induced emission groups will be synthesized. Photoinduced processes, such as energy migration, energy transfer, electron transfer, and charge separation, will be investigated by means of steady-state and transient (ultrafast) spectroscopies. The photophysical study of novel light-harvesting dendrimers will be extended from solution to aggregation or condensed state to approach potential applications. This study will provide important resources for developing photophysical theory in condensed state and applicable artificial light-harvesting system.

发展高效人工合成光捕获体系，深入认识人工合成光捕获体系在聚集态特别是凝聚态下的光物理过程和机制对构筑有应用前景的人工模拟光合作用体系，实现太阳能高效光化学转换起着至关重要的作用。本项目拟结合树枝形聚合物结构特点和聚集发光化合物的光物理性质，构筑一系列高效光捕获树枝形聚合物，通过稳态和瞬态(超快)光谱技术研究分散体系和聚集态光捕获体系在光激励下的能量迁移、能量传递、电子转移以及电荷分离复合等过程，实现高效光捕获体系的构筑，同时，将光捕获树枝形聚合物体系光物理研究从溶液状态拓展到聚集态或凝聚态，从理想模型研究迈向有应用前景的基础研究，揭示人工合成光捕获体系中组成基元、聚集形态、分子间相互作用等因素对体系光物理过程的影响，为构筑高效人工模拟光捕获体系、发展聚集态光物理新理论提供重要的理论和实验依据。

构筑高效人工光捕获体系，研究这些体系在不同聚集态下的光物理过程和机制对发展有应用前景的人工模拟光合作用体系，实现太阳能高效光化学转换有重要的意义。本项目研究通过结合树枝形聚合物结构特点和新型光捕获基团的光物理性质，设计构筑了多种高效光捕获树枝形聚合物体系并研究了体系中的光物理过程和机制，取得了一系列有意义的研究成果：设计合成了一系列外围修饰四苯基乙烯基团的树枝形聚合物，利用树枝形聚合物的外围紧密构象调控捕光天线分子聚集发光，实现树枝形光捕获体系单分子构象调控光物理性质；利用树枝形聚合物作为“分子胶水”与聚集诱导发光基团组装构筑高效发光纳米聚集体，光物理研究表明树枝形分子有效抑制了发色团激发态的非辐射衰减，并将发色团相互隔离开，减少发色团相互作用导致的自猝灭；在光捕获树枝形聚合物研究基础上，构筑了一系列人工模拟光合作用树枝形聚合物体系，利用树枝形聚合物骨架对催化中心的保护以及对捕光基团与催化中心电子转移过程的调控，实现了高效可见光催化产氢；进一步发展了集成光能捕获，电子转移，最终利用捕获能量催化产氢的一系列树枝形人工模拟光合作用体系，外围密集的光捕获天线基团不仅起到捕获光能的作用，还通过电子能量存储捕获的光能，促进了光捕获体系的催化产氢性能。系列研究结果受到国内外同行的关注和好评，应邀撰写了多篇展望综述，本项目的研究工作揭示了多种高效光捕获树枝形聚合物体系的光物理机制和影响因素，为发展高效太阳能光化学转换体系提供了重要的理论和实验依据。