近日，中國科學院大連化學物理研究所化學動力學研究室光電材料動力學研究組研究員吳凱豐與鄭州大學陳宗威博士等合作，揭示了一種分子自旋三線態(tài)產(chǎn)生的新機制。研究人員利用金屬納米顆粒與有機分子構建無機-有機雜化材料，通過金屬-分子界面超快電荷分離，結合金屬納米顆粒中超快的電子自旋翻轉，高效率地產(chǎn)生了分子自旋三線態(tài)，該工作對分子三線態(tài)光化學的發(fā)展及應用具有重要意義。
大連化物所揭示金屬顆粒誘導分子自旋三線態(tài)產(chǎn)生的新機制
分子自旋三線態(tài)的高效產(chǎn)生是光化學和光物理領域的一個重要研究課題。由于分子無法在自旋為零的基態(tài)與自旋為一的三重激發(fā)態(tài)之間進行直接的光學躍遷，因此，分子三線態(tài)通常也被稱為光學“暗態(tài)”。針對分子三線態(tài)的高效產(chǎn)生和應用這一難題，吳凱豐團隊系統(tǒng)揭示了量子點-分子界面電荷轉移介導三線態(tài)傳能的各類新機制（Nat. Commun.，2020；JACS，2020；Nat. Commun.，2021）；闡明了無機量子點中的超快自旋馳豫在其中起到的關鍵角色（JACS，2020；Chem，2022）；并在雜化體系的上轉換發(fā)光和光合成等方面的應用取得系列進展（Nat. Photonics，2023；JACS，2019；JACS，2020；Angew，2022；Angew，2022）。
本工作中，研究團隊采用金屬銀納米顆粒取代傳統(tǒng)的貴金屬有機配合物和半導體量子點，探索金屬納米顆粒誘導分子三線態(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程，因此，從金屬納米顆粒到分子的電荷/能量轉移效率都非常低；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移，并最終通過自旋翻轉和電荷復合生成分子的三線態(tài)。團隊還揭示了Marcus反轉區(qū)間在控制電荷轉移通路中起到的關鍵角色。
該工作通過對雜化材料體系的精準設計和超快瞬態(tài)吸收光譜的深入解析，揭示了金屬納米顆粒誘導生成分子三線態(tài)的新原理，展示了這類雜化材料在光動力治療和光催化等領域的重要應用潛力。
上述工作以“Molecular Triplet Generation Enabled by Adjacent Metal Nanoparticles”為題，于近日發(fā)表在《美國化學會志》（Journal of the American Chemical Society）上，并被選為補充封面（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），該工作得到了國家自然科學基金、中國科學院穩(wěn)定支持基礎研究領域青年團隊計劃等項目的資助。
文章鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c05364
