常州大学肖唐鑫团队综述: TPE 基超分子光捕获体系最新研究进展

学术   2024-10-14 11:30   英国  

研究背景

光能的高效捕获与利用在从太阳能转化到光电器件等技术中至关重要。近年来,超分子光捕获系统 (LHS) 作为提升光吸收与能量传递的关键平台,受到越来越多的关注,特别是在可再生能源和光电器件领域。LHS 通过协同分子设计和组装策略,有望显著提高光捕获效率,推动相关技术的进步。
四苯基乙烯(TPE)因其独特的聚集诱导发光(AIE)效应成为研究热点。TPE 在聚集状态下能够提高发光效率,这一效应与其疏水性相结合,使其在自组装过程中展现出卓越的光稳定性和光捕获能力。这些特性使 TPE 成为超分子光捕获系统中理想的天线分子,具备开发高效光能捕获材料的潜力。
基于 TPE 的 LHS 研究前景广阔。通过精巧的分子设计和自组装,科学家能够构建复杂的超分子结构,实现光吸收、能量转移和光发射的有效调控。这一领域的进展不仅有助于能源转换和光催化技术的发展,还可能为疾病治疗和环境修复等社会问题提供创新性解决方案。未来,基于 TPE 的超分子 LHS 在先进材料中的应用潜力将继续推动新材料和技术的突破。

研究内容

近日,常州大学肖唐鑫教授课题组论述了基于 TPE 的超分子光捕获体系的最新研究进展。详细解析了通过各种非共价作用力驱动的光捕获组装体的设计原则和合成策略,着重强调了 Förster 共振能量转移(FRET)效率和天线效应在评价光捕获系统中的关键作用。这些论述有助于深入理解超分子能量转移系统的结构与性能之间的关系。

研究还探讨了基于 TPE 的超分子光捕获系统在多个领域的广泛应用,包括光催化、活性氧物质生成、光电器件、传感和成像技术等。这些应用展示了 TPE 材料在提升光能利用效率方面的巨大潜力,拓展了其在实际技术中的应用场景。最后,该课题组展望了未来基于 TPE 染料开发下一代超分子 LHS 的方向与挑战。通过提出新的思路,为该领域的持续发展提供了新的研究框架和创新视角。

  • Figure 1. (a) Schematic representation of artificial LHS constructed by WP5, G1 and SR101. (b) Illustration of artificial LHS based on WP5, G2 and Rh6G. (c) Illustration of the fabrication of LHS by using polymer host materials. (d) Illustration of LHS based on conjugated polymer host (CPH). (e) Schematic representation of sequential energy transfer LHS based on WP5 and Py-TPE. (f) Schematic of efficient two-step LHS based on the self-assembly of WP5, G1, ESY and SR101. (g) Chemical structure of WP5, G1, Py-TPE, SR101, AlPcS4, and ESY.
  • Figure 2. (a) Illustration of the self-assembly of pillar[5]arene-based aqueous LHS with two-step FRET for application in photocatalytic dehalogenation reaction. (b) Representation showing the fabrication of a sequential energy-transfer LHS and its application in preparing white-light LED devices. (c) Schematic illustration of the construction of supramolecular LHS based on WP5 and G4, as well as its application in high-resolution latent fingerprint imaging. (d) Representation of the construction of an AIE-based ROS-generation system in aqueous solution. (e) Chemical structure of WP5, ESY, NiR, G3, TPEWP5, and NiB.

  • Figure 3. (a) Schematic illustration of the construction of artificial LHS based on MV-TPE, NA-TPE and CB[8] and its photocatalytic CDC coupling reaction. (b) Illustration of the construction of artificial LHS based on IMZ-TPE and ns-CB[10] and its application in photocatalytic dehalogenation. (c) Chemical structure of MV-TPE, NA-TPE, CB[8], ns-CB[10], and IMZ-TPE.
该成果以“Supramolecular light-harvesting systems utilizing tetraphenylethylene chromophores as antennas”(《利用四苯乙烯发色团作为天线的超分子光捕获系统》)为题,以 Feature Article 的形式发表在英国皇家化学会期刊 Chemical Communications 上,并入选为 hot article

综述目录

  • 1. Introduction
    引言

  • 2. LHSs based on host-guest interaction

    基于主客体相互作用的 LHSs

    • 2.1 Pillar[n]arene
      柱[n]芳烃

    • 2.2 Cucurbit[n]urils
      葫芦[n]脲

    • 2.3 Other macrocyclic hosts
      其他大环主体

  • 3. LHSs based on quadruple hydrogen bonding
    基于四重氢键的 LHSs

  • 4. LHSs based on hydrophobic interaction
    基于疏水相互作用的 LHSs

  • 5. LHSs based on metal-ligand coordination
    基于金属-配体配位的 LHSs

  • 6. LHSs based on multiple non-covalent interactions
    基于多种非共价相互作用的 LHSs

  • 7. Conclusions and perspectives
    结论与展望

论文信息

  • Supramolecular light-harvesting systems utilizing tetraphenylethylene chromophores as antennas

    Qiaona Zhang, Xiaoman Dang, Fengyao Cui and Tangxin Xiao*肖唐鑫,常州大学)

    Chem. Commun., 2024, 60, 10064-10079
    https://doi.org/
    10.1039/D4CC03693J

作者简介

张巧娜 硕士研究生
常州大学

本文第一作者,出生于中国河南省。2022 年江苏第二师范学院的理科学士学位。目前在常州大学攻读硕士学位,导师肖唐鑫教授。研究兴趣主要涉及基于超分子自组装的荧光材料。






肖唐鑫 教授
常州大学
本文通讯作者,常州大学教授。2014 年博士毕业于南京大学。2017 年于浙江大学-新和成联合研发中心博士后出站加入常州大学,先后任讲师、副教授(2020)和教授(2023)。2021 年~2022 年作为国家公派访问学者在英国剑桥大学化学系访问研修。目前从事超分子化学和超分子发光材料的研究工作。已发表研究论文80余篇,总引用 4000 余次,H-index 为 31。

相关期刊

Urgent communications of outstanding significance from across the chemical sciences

rsc.li/chemcomm

Chem. Commun.

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JCR 分区*Q2 化学-多学科
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Chair
  • Douglas Stephan
    🇨🇦 多伦多大学

Associate editors
  • Lutz Ackermann
    🇩🇪 哥廷根大学

  • Davide Bonifazi
    🇦🇹 维也纳大学

  • Deanna D’Alessandro
    🇦🇺 悉尼大学

  • Fengtao Fan (范峰滔)
    🇨🇳 中科院大连化学物理研究所

  • Itaru Hamachi
    🇯🇵 京都大学

  • Michaele Hardie
    🇬🇧 利兹大学

  • Kim Jelfs
    🇬🇧 伦敦帝国理工学院

  • Chao-Jun Li (李朝军)
    🇨🇦 麦吉尔大学

  • David Lou (楼雄文)
    🇨🇳🇭🇰 香港城市大学

  • Connie Lu (盧之瑜)
    🇩🇪 波恩大学

  • Marinella Mazzanti
    🇨🇭 洛桑联邦理工学院

  • Yang Tian (田阳)
    🇨🇳 华东师范大学

  • Sandeep Verma
    🇮🇳 印度理工学院坎普尔分校 

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