我國科學家通過紅外光上轉(zhuǎn)換實現(xiàn)高效太陽光合成
* 來源 : 中化新網(wǎng) * 發(fā)表時間 : 2023-2-15 8:00:00 * 瀏覽 : 1145
近日，中國科學院大連化學物理研究所吳凱豐研究員團隊在量子點光化學研究中取得新進展，實現(xiàn)了低毒性量子點敏化的近紅外光至可見光的上轉(zhuǎn)換，并將該體系與有機光催化融合，實現(xiàn)了高效快速的太陽光合成。
紅外光到可見光的上轉(zhuǎn)換在能源、醫(yī)學、國防等諸多領(lǐng)域具有重要意義。例如，對太陽能電池而言，上轉(zhuǎn)換能使器件有效利用陽光中大量的低能量紅外光子，顛覆性地提升太陽能轉(zhuǎn)換效率。此前報道的近紅外光敏劑普遍效率較低或含有貴金屬和有毒金屬，相對廉價環(huán)保的高效近紅外光敏劑仍然有待開發(fā)。
吳凱豐研究團隊深入系統(tǒng)研究了量子點敏化有機分子三線態(tài)的動力學機制，并探索了這些新機制在光子上轉(zhuǎn)換、有機光合成等領(lǐng)域的初步應(yīng)用。在這些前期基礎(chǔ)之上，團隊開發(fā)了于銅銦硒（CuInSe2）基量子點，用于替代劇毒性的鉛基近紅外量子點，實現(xiàn)三線態(tài)敏化和近紅外上轉(zhuǎn)換。
團隊首先制備了ZnS包覆的Zn摻雜CuInSe2核殼量子點，有效解決了該類量子點缺陷多和穩(wěn)定性差的難題。團隊在量子點表面修飾羧基化的并四苯分子作為三線態(tài)受體，并采用紅熒烯分子作為湮滅劑，構(gòu)建了溶液相上轉(zhuǎn)換體系。
此外，團隊進一步將該上轉(zhuǎn)換體系與有機光催化融合，將上轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的紅熒烯單線態(tài)直接用于“原位”有機氧化、還原、光聚合等反應(yīng)。該設(shè)計巧妙避免了上轉(zhuǎn)換光子傳播至溶液表面所經(jīng)歷的量子點重吸收損失。此外，得益于近紅外光子的有效利用和量子點的寬譜吸收特性，該上轉(zhuǎn)換—有機催化融合體系可在太陽光下高效快速運行。在室內(nèi)窗臺上，幾秒內(nèi)即可實現(xiàn)丙烯酸酯的光誘導聚合。