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生物電化學實驗室在分子調控提升卟啉光電性能領域取得重要進展

【發布單位: 發布時間:2020-10-30 瀏覽量:349

卟啉是一類與生命活動息息相關的吡咯雜環化合物,在化學、材料、信息和生物等領域的應用十分廣泛。然而受特殊共軛大環結構的影響,卟啉分子間存在著強烈的π-π堆積,導致了其主要以各種聚集體的形式存在,這不僅嚴重地影響其光電性能,也進一步限制了其在化學檢測和生物成像中的實際應用。

盧小泉教授課題組長期從事卟啉化合物在光電轉化領域的研究。最近,課題組成員采用具有聚集誘導發光行為的四苯基乙烯分子通過化學修飾得到卟啉分子ATPP(TPE)。研究表明該新型卟啉在水相中具有優良的發光性能,它的電化學發光強度比單純的卟啉ATPP增強了6倍,電化學發光效率達到了34.1%。理論計算結果表明,四苯基乙烯基團通過與卟啉共軛降低了該分子的LUMO能級,使得該分子在反應過程中更容易得電子,較低的能帶隙有利于電子轉移反應的發生,進而有效地提高了卟啉的電化學發光性能。該體系成功解決了卟啉分子由于聚集而導致的發光淬滅問題,為其在水相中的實際應用奠定了基礎。相關成果發表在化學頂級期刊《德國應用化學》(Angew. Chem. Int. Ed. 2020, doi. org/10.1002/anie. 202010216TOP一區),碩士生張銀潘,趙雅琦和韓振剛副教授為本文的共同第一作者,盧小泉教授為通訊作者,西北師范大學為第一通訊單位。

圖 1 卟啉聚集態下電化學發光示意圖

在前期研究中,課題組成員選用了兩親性環糊精化合物,與卟啉分子通過氫鍵形成超分子主客體,將卟啉分子包裹在環糊精里,從而破壞了卟啉分子間的聚集,達到“解聚”的目的;這類研究不僅提高了卟啉化合物的發光性能,還能提高其水溶性。最后利用氟離子更強的解聚特性,依托該發光體系實現了對水相中氟離子的高效檢測。相關成果發表在化學期刊《分析化學》(Anal. Chem. 2020, 92, 5464?5472,TOP一區),碩士生吳艷霞,和韓振剛副教授為本文的共同第一作者,盧小泉教授為通訊作者,西北師范大學為第一通訊單位。

以上工作得到了國家自然科學基金、甘肅省高等教育科研項目和中央引導地方科技發展專項資金等科研項目的支持。


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