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卟啉光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移和能量傳遞研究

化學(xué)先生 / 2019-09-03

卟啉類化合物是非常理想的D-A體系中的供電子部分。多年來國內(nèi)外化學(xué)工作者努力合成各種具有不同結(jié)構(gòu)特點的卟啉化合物，這些分子作為模擬植物體內(nèi)光合成反應(yīng)過程或者作為分子光電器件的模擬系統(tǒng)，已成為國內(nèi)外十分活躍的研究領(lǐng)域。

例如: 2005 年日本科學(xué)家Fukuzumi等報道了合成包括金屬鋅和金的三卟啉配合物(ZnPQ-2HPQ AuPQ+)。瞬態(tài)吸收光譜研究表明:能量從ZnPQ傳遞到2HPQ,電子從2HPQ轉(zhuǎn)移到AuPQ+，同時電子也從ZnPQ轉(zhuǎn)移到2HPQ+，產(chǎn)生了電荷分離態(tài)ZnPQ*+-2HPQ-AuPQ。與其他三卟啉相比，在此配合物中由于電荷分離態(tài)的距離較遠(yuǎn)，所產(chǎn)生的電荷分離態(tài)有最長的停留壽命(7.7μs)。該系統(tǒng)主要是模擬了光合反應(yīng)中心的電子轉(zhuǎn)移特征。

美國和日本科學(xué)家共同報道了通過軸向反應(yīng)，將帶有富勒烯吡咯的瞇唑配位到共價鍵相連的鋅硼卟啉二吡咯基的中心金屬鋅上，組裝出超分子組裝體。在超分子中硼二吡咯相當(dāng)于天線葉綠素，用來吸收光能并傳遞至光合作用的反應(yīng)中心，而從激發(fā)的鋅卟啉到富勒烯間的電子轉(zhuǎn)移，模擬光合作用原初過程中，反應(yīng)中心以電荷分離形式發(fā)生的電子激發(fā)能到化學(xué)能的轉(zhuǎn)化過程。該模型的重要特征是利用相對簡單的超分子方法，模擬了光合作用中復(fù)雜的捕光和電荷分離過程。

利用人工合成的卟啉類化合物，模擬植物光合反應(yīng)中心光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移和能量傳遞的研究，是當(dāng)前卟啉光化學(xué)研究的重要方向。到目前為止，盡管人們已掌握和了解了光合反應(yīng)中的一些基本原理，但是還存在許多需要進(jìn)一步探索的基本問題。如激發(fā)態(tài)的電子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，激發(fā)態(tài)的形成與弛豫機(jī)制以及激發(fā)態(tài)的調(diào)控等。對這些機(jī)理問題的深人研究，也會為人類設(shè)計和制備性能優(yōu)越的分子器件和光電材料(如分子傳感器，分子開關(guān)，生物傳感器等)提供重要的理論基礎(chǔ)。

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