記者從中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所獲悉，該所科研人員在量子點光化學(xué)研究中取得重要進展。科研人員率先實現(xiàn)了低毒性量子點敏化的近紅外至可見上轉(zhuǎn)換，并將該體系與有機光催化融合，實現(xiàn)了高效快速的太陽光合成，有望對光合成技術(shù)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。相關(guān)成果近期在國際學(xué)術(shù)期刊《自然-光子學(xué)》發(fā)表。

　　基于太陽光開展能源轉(zhuǎn)化和工業(yè)生產(chǎn)，是解決全球能源危機、助力我國實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要路徑之一。太陽光中蘊含著大量的紅外光子，這些光子不為人眼所見，且能量較低，通常難以有效轉(zhuǎn)化和利用。膠體量子點是一類溶液法生產(chǎn)的理想捕光材料，它們的吸光范圍很容易被拓展至紅外波段。同時，吸光后的激發(fā)態(tài)量子點能夠參與豐富的光化學(xué)轉(zhuǎn)化過程，生產(chǎn)太陽燃料或者精細(xì)化學(xué)品，是國際上的重要科學(xué)前沿。

　　中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所吳凱豐研究員、梁文飛、聶成銘博士、杜駿副研究員等人組成的科研團隊深入系統(tǒng)地研究了量子點敏化有機分子三線態(tài)的動力學(xué)機制，并探索了這些新機制在光子上轉(zhuǎn)換、有機光合成等領(lǐng)域的初步應(yīng)用。此次研究中，團隊聚焦于CuInSe2基近紅外量子點，該類量子點相對綠色環(huán)保，可用于替代劇毒性的鉛基近紅外量子點。

　　團隊制備了ZnS包覆的Zn摻雜CuInSe2核殼量子點，有效解決了該類量子點缺陷多和穩(wěn)定性差的難題。隨后，科研人員在量子點表面修飾羧基化的并四苯分子作為三線態(tài)受體，并采用紅熒烯分子作為湮滅劑，構(gòu)建了溶液相上轉(zhuǎn)換體系。該體系成功實現(xiàn)了近紅外至黃光的上轉(zhuǎn)換，量子效率高達16.7%。

　　科研人員進一步將該上轉(zhuǎn)換體系與有機光催化融合，將上轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的紅熒烯單線態(tài)直接用于“原位”有機氧化、還原、光聚合等反應(yīng)，巧妙避免了上轉(zhuǎn)換光子傳播至溶液表面所經(jīng)歷的量子點重吸收損失。此外，得益于近紅外光子的有效利用和量子點的寬譜吸收特性，該上轉(zhuǎn)換-有機催化融合體系可在太陽光下高效快速運行。在室內(nèi)窗臺上(光照強度約32mWcm-2)，幾秒內(nèi)即可實現(xiàn)丙烯酸酯的光誘導(dǎo)聚合。

　　吳凱豐研究員介紹，一個世紀(jì)以來，在陽光下進行有機合成是許多科學(xué)家的想法，但前期的探索主要局限于利用太陽光中的可見光子。這項研究將太陽能合成的范圍擴大到了陽光中豐富的可見光和近紅外光子，將有力地推動光合成技術(shù)的發(fā)展。

　　據(jù)了解，紅外光到可見光的上轉(zhuǎn)換在能源、醫(yī)學(xué)、國防等諸多領(lǐng)域具有重要意義。比如對太陽能電池而言，上轉(zhuǎn)換能使器件可以有效利用陽光中大量的低能量紅外光子，顛覆性地提升太陽能轉(zhuǎn)換效率。在各類上轉(zhuǎn)換技術(shù)中，基于有機分子三線態(tài)湮滅的光敏化技術(shù)可對非相干、非脈沖光源實現(xiàn)上轉(zhuǎn)換，具有較強的實用前景。該工作不僅實現(xiàn)了低毒性量子點敏化的近紅外至可見高效上轉(zhuǎn)換，還發(fā)展了一種高效快速太陽光合成的新路徑。這一交叉創(chuàng)新型研究成果對光化學(xué)和光合成技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。

　　(總臺央視記者 帥俊全 褚爾嘉)