西安交大科研人员实现对光合作用结构和功能的系统模拟

光合作用是地球上能量的主要来源。大部分植物和细菌通过这一过程完成对太阳能的吸收、捕获、转移和储存。在这个过程中,光能被密集的叶绿素分子阵列捕获并汇集到反应中心,然后转化为化学能。为了开发清洁和可持续的能源,目前越来越多的科研团队致力于模拟荧光共振能量转移(FRET)这一过程来构建人工光捕获体系,然而利用所捕获的光能进行光催化反应的研究鲜有报道。鉴于自然界中光合作用也是利用收集的光能进行化学反应,发展具有催化化学反应能力的人工光捕获体系来储存和释放其收集的光能是一个亟待解决的问题。

针对这一问题,西安交通大学材料学院的张明明教授课题组以金属铂分子笼为供体,以曙红Y为受体,通过两种荧光分子的自组装制备了一种基于FRET的高效光捕获系统,并进一步在太阳光照射下催化析氢交叉偶联反应。由于铂分子笼在紫外区域的强烈吸收,该光捕获系统不仅可以利用可见光,还可以通过FRET过程,利用铂分子笼作为天线传递紫外光来激发曙红Y产生可以催化反应的自由基,使其表现出比单独的曙红Y更好的光催化活性。本研究不仅提供了一种基于铂分子笼为供体的高效光捕获体系,而且还利用其输出能量来催化析氢偶联反应,从而实现了对光合作用结构和功能的系统模拟,推动人们对光合作用的进一步研究。

近日,该研究成果以《基于铂分子笼的水相光捕获系统用于光催化析氢偶联反应》(Aqueous Platinum(II) Cage-Based Light-Harvesting System for Photocatalytic Cross-Coupling Hydrogen Evolution Reaction) 为题发表在国际化学领域权威期刊《德国应用化学》(Angewandte Chemie International Edition)(影响因子12.102)上。该论文第一作者为西安交大材料学院博士后张泽远,西安交大金属材料强度国家重点实验室是论文唯一通讯单位。

该研究工作得到了国家自然科学基金、西安交大青年拔尖人才计划等项目的资助,论文的表征及测试得到了美国南弗罗里达大学李霄鹏教授,西安交大前沿学院何刚教授,西安交通大学分析测试共享中心、材料学院和理学院分析测试中心的支持。

论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201904407

5月7日,中国科技网·科技日报对该研究予以报道,报道链接:http://www.stdaily.com/02/shanxie/2019-05/07/content_764542.shtml