阳光是地球上所有生物活动和繁殖的原始能量来源，大自然利用光合作用捕获太阳能。光合作用是一个复杂的多步骤过程，其中光收集是光合作用的第一步，在太阳能利用中起着重要作用。为了提高对阳光的利用率，研究人员开发了多种人工光收集系统来模拟自然界中的光合作用。Förster共振能量转移(FRET)提供了一种可行的方法，通过从供体发色团到受体发色团的非辐射转换，实现有效的能量转移，从而实现有效的光收集。科学家们已经开发出了基于各种模板的人工光收集系统，包括超分子自组装、蛋白质、凝胶和超分子聚合物等。
在这些模板中，超分子自组装因其独特的优势而备受关注。超分子自组装采用非共价相互作用，如主客体相互作用、静电相互作用、π-π堆叠等。具有特异性识别高、结合能力强等优点。人工光收集系统中的高供受体比例具有挑战性。且由于大多数荧光分子在水中具有聚集荧光猝灭(ACQ)效应，如何更好的在水溶液中构建一种结合超分子自组装和聚集诱导发射(AIE)效应的光捕获系统是一种挑战。因此，非共价相互作用提供了一种更简单的方法来精确地安排供体/受体阵列，并实现高供受体比例。在空间上使供受体靠近，满足供体与受体之间能量传递的距离。此外，我们还选择具有AIE效应的荧光分子来避免疏水分子在水溶液中因聚集导致的荧光猝灭效应。
图1 基于超分子自组装的水溶液人工光收集系统示意图
基于上述考虑，吉林大学侯春喜课题组设计了一种基于超分子自组装方法的高效的水溶液人工光收集系统。采用萘酰亚胺作为给体发色团修饰宿主分子β-CD，用四苯基乙烯作为受体发色团修饰客体分子金刚烷。通过β-CD与金刚烷的主客体相互作用结合，纳米颗粒在水中通过亲疏水相互作用进一步自组装。通过自组装形成的纳米颗粒形貌良好，尺寸均匀，结构稳定，在水溶液中分布均匀。并测试了不同D:A比下的荧光发射，证实了从供体到受体的高能量转移过程。进一步的通过测试时间分辨荧光进一步证实了能量传递过程。这些结果说明了在水溶液中人工光收集系统的成功构建。通过计算能量传递效率(ΦET)对人工光收集系统进行评价，发现构建的人工光收集系统具有较高的能量传递，最高可达57%。β-CD-NDI⸧TPE-ADH的超分子组装体具有自组装能力强、结构清晰、能量转移大等特点，为在水溶液中利用超分子自组装技术构建人工光收集体系提供了一种新的策略。
论文信息
An Artificial Light-Harvesting System based on Supramolecular AIEgen Assembly
Dan Jia, Quan Luo, Shicong Liu, Chunxi Hou, Junqiu Liu
Chemistry – A European Journal
DOI: 10.1002/chem.202402438
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