继Nature Chemistry之后，李希友教授团队在Journal of the American Chemical Society等国际期刊刊发光子转换方面的系列重要进展。
近日，我院李希友教授团队在光子上/下转换技术及其应用方面取得系列重要进展。相关论文先后刊发在国际知名期刊《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）、《化学工程杂志》（Chemical Engineering Journal）上。该系列成果得到国家自然科学基金、山东省自然科学基金、山东省泰山学者经费和中央高校科研基金的资助。
1、单线态裂分与双电子转移串联反应的机制研究
单线态裂分作为有机半导体材料中实现光子下转换的唯一途径，可以将一个高能量的单线态激子（S1）转化成两个低能量的三线态激子（T1）（S0+S1↔ T1+T1）。也就是说，该类材料吸收一个光子，可以产生两个激子，将其应用于一些光驱动的过程（例如：光催化、光电转化等），可以显著提升光能的利用效率，从而提升光驱动过程的转化效率。
到目前为止，单线态裂分材料的开发已经取得了长足的进步，接下来要想成功地实现其应用，如何高效率地利用单线态裂分产生的两个三线态激子是该领域所面临的关键问题。针对于此，团队通过电子转移的形式将单线态裂分产生的两个三线态激子成功捕获，效率高达100%，高效地实现了单线态裂分与双电子转移的串联反应，并首次阐明了两个三线态激子之间距离对双电子转移过程的影响规律。两个三线态激子之间的距离越大，越有利于双电子转移反应的进行。两个三线态激子的全部捕获说明利用单线态裂分来提升光驱动过程的转化效率是可行的，为提升光驱动过程的转化效率提供了新思路。该项研究成果近期以研究论文的形式发表在国际期刊《美国化学会志》（J. Am. Chem. Soc., 2022, 144, 15509-15518），并被选为当期的封面文章。中国石油大学（华东）为第一署名单位，刘和元副教授为第一作者，硕士生王向阳和马丽爽老师为共同第一作者，李希友教授为唯一通讯作者。该工作特别感谢马丽爽老师和林旭锋教授在理论计算方面给予的帮助。
2、光子上转换在光催化方面的应用研究
将光子上转换从理论研究推进到实际应用，充分发挥其提升太阳能利用效率的优势是目前光子转换领域的重要研究课题。为此，团队将三线态-三线态湮灭上转换（TTA-UC）电子转移催化机制用于氧化型木质素分子的降解反应。由5,10,15,20-四(N,N-二乙基苯胺)卟啉钯（PdTPNEt2P）和苝组成的TTA-UC催化系统在波长大于510 nm的光照射下，实现了与直接使用苝作为催化剂（光源为λ > 420 nm）相当的高降解效率，同时获得了更高的产物选择性。这项工作表明，TTA-UC催化系统可以通过避免高能量光激发，减少副反应，从而提高产物的选择性。同时，通过分子的优化设计可以将TTA-UC催化系统应用于更多反应中，特别是高能量光催化的反应，来提高产物的选择性。该研究成果以研究论文的形式发表于《化学工程杂志》（Chem. Eng. J., 2022, 431, 133377）。中国石油大学（华东）为第一署名单位，博士生刘珊珊为第一作者，刘和元副教授和李希友教授为通讯作者。
现有的大多数用于产氢的光催化剂仅在紫外光和可见光的短波长区域具有光活性，这极大地限制了太阳能到氢能的转化效率。为解决该问题，团队计划将TTA-UC上转换与光催化剂进行复合，来拓宽整个体系的光利用范围，从而提高太阳能到氢能的转化效率。该项工作中，通过微乳液体系将TTA-UC与光催化Cd0.5Zn0.5S直接集成。TTA-UC可以将Cd0.5Zn0.5S无法直接吸收的波长大于510 nm的光转换为Cd0.5Zn0.5S可吸收的蓝光，从而使得长波长的光也能用于产氢。在可见光辐照下（λ > 420 nm），集成体系的产氢速率是不包含上转换的纯Cd0.5Zn0.5S的两倍，是目前所报道的最佳的提升效果。这项工作提供了一种将TTA-UC与光催化剂相结合以提高制氢效率的简单策略。考虑到TTA-UC体系的激发和发射波长易于调节，该方法可用于将TTA-UC与多种光催化剂的集成，具有一定的普适性。该研究成果以研究论文的形式发表于《化学工程杂志》（Chem. Eng. J., 10.1016/j.cej.2022.139203）。中国石油大学（华东）为第一署名单位，博士生刘珊珊为第一作者，刘和元副教授和李希友教授为通讯作者。
李希友教授团队从2012年率先在国内展开光子转换方面的研究，从最初的材料设计开发，到机制探究，再到最后的应用研究，一直在坚持。长期的坚持也取得了一系列的研究成果，在Nat. Chem.、J. Am. Chem. Soc.等国际知名期刊发表光子转换相关论文40余篇，并在该领域获得了国家自然科学基金委重点培育项目和重点项目的支持。
全文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c03550
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894721049512?via%3Dihub
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894722046824
