单线态激子在二维与三维金属-有机配合物中的能量转移

材料维度对能量转移可能具有很大的影响。光合作用过程中，叶绿素和类胡萝卜素被太阳光激发，其激发态能量从类囊体的二维膜高效转移至反应中心。低维度激子迁移的研究因而具有重要意义。

厦门大学化学化工学院的汪骋（点击查看介绍）和林文斌（点击查看介绍）教授课题组在单线态激子于不同维度材料的能量转移研究中取得新的进展。该研究基于课题组前期两个看似无关的研究成果Self-Supporting Metal–Organic Layers as Single-Site Solid Catalysts（Angew. Chem., Int. Ed., 2016, 55, 4962）和Förster Energy Transport in Metal−Organic Frameworks Is Beyond Step-by-Step Hopping（J. Am. Chem. Soc., 2016, 138, 5308），前者发现通过反应条件的控制可大量制备薄至单层的超薄金属-有机薄层（MOLs），后者提出MOFs中FRET机制的激子迁移可通过远距离的跳跃实现。两者结合并通过设计和控制合成条件得到两种由同种金属离子和配体组成的结构相关、但维度不同的金属有机配合物，它们分别具有超薄有序二维结构的金属-有机单/多层（2D-MOL）和三维结构的金属-有机框架（3D-MOF）。作者结合多种结构表征确定两者在结构上的主要区别在于次级结构单元（SBUs）与配体的拓扑连接及维度，为研究维度对单线态激子能量转移的影响提供了平台。

研究者通过改变配体的投料比得到一系列不同配体掺杂浓度的MOLs与MOFs，并对供体荧光淬灭进行稳态和时间分辨荧光测试。他们基于课题组在以往工作提出的单线态激子Förster机理的跳跃模型（J. Am. Chem. Soc., 2016, 138, 5308），对激子在有序的2D-MOLs和3D-MOFs的能量转移进行了模拟，实验结果与理论模拟一致。研究发现，在3D-MOF框架中总激子的运动速率高于2D-MOL，但由于MOL具有超薄的二维结构，激子更容易与外在分子发生能量和电子的转移。该成果对利用2D材料进行光收集和荧光传感的应用提供了理论依据和思路，相关成果发表在Journal of the American Chemical Society 上。

该研究由汪骋教授和林文斌教授共同指导，课题组的博士生曹凌云为第一作者，并得到同课题组林泽凯、史文颉等同学的帮助。该工作得到国家自然科学基金、科技部重大研究计划纳米科技专项和厦门大学人才经费的资助。

该论文作者为：Lingyun Cao, Zekai Lin, Wenjie Shi, Zi Wang, Cankun Zhang, Xuefu Hu, Cheng Wang and Wenbin Lin

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Exciton Migration and Amplified Quenching on Two-Dimensional Metal–Organic Layers

J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 7020, DOI: 10.1021/jacs.7b02470

导师介绍

汪骋

http://www.x-mol.com/university/faculty/44764

林文斌

http://www.x-mol.com/university/faculty/14039