Small:定量荧光共振能量转移体

光合作用是地球上规模最大,最重要的光化学反应。光合生物利用太阳能合成有机物,消耗二氧化碳,释放氧气,为人类繁衍和社会发展提供了基本的能量来源。目前越来越多的科研团队致力于荧光共振能量转移(FRET)建立的人工光捕获系统以实现太阳能的有效利用。目前已报道了许多利用FRET实现光捕获的研究进展,然而,大多数工作着重描述如何实现高效的能量转移效率以获得高效光捕获体系,但其实际应用的研究报道相对较少。因此,开发一种新型的高效光捕获材料,并对其潜在的应用进行研究具有重要意义。

近日, 深圳大学付阔曾晓璇与东北林业大学赵新鹏课题组联合报道了一种高效的光捕获体系,实现了太阳能的光-热-电能量的连续转换,为光捕获太阳能的应用研究提供了新思路。作者设计合成出一种室温液体的聚集诱导发光(AIE)染料TPE-EA,其固→液相转变温度为6.9℃,常温下为液体状态。利用室温液体这一特性,TPE-EA不仅可以作为FRET供体,还能起到溶剂作用将经典的商业染料尼罗红(NiR)均匀溶解,得到复合体系NiR⊂TPE-EA。在365 nm紫外光激发下,NiR⊂TPE-EA的FRET效率高达95.1%。

图1. 高效的液体AIE/尼罗红FRET体系实现光-热-电能量的连续转换。

此外, NiR⊂TPE-EA还表现出良好的光热效应,与已报道的大部分光热材料需要长波长(>520 nm)激发不一样,NiR⊂TPE-EA在365与405 nm的LED光激发下,均能实现良好的光热效果,最高温度达119℃(365 nm,3.3 W cm-2)。其中发光与发热呈现一个 “跷跷板”效应,在温度升高的同时,其发光强度反比例降低,能量衰减模式从辐射衰退转向非辐射衰退。作为对照,无论是TPE-EA或尼罗红单独存在下均无光热效果。利用NiR⊂TPE-EA吸收与太能光谱具有良好重合、短波长即可激发光热效应的特点,将LED光源换成仿太阳能光源,同样表现出较好的光热效果。在0.3 W cm-2仿太阳光照射下,温度从室温上升至60℃,形成温度势能差,利用Seebeck效应原理,将热能转化为电能(~66 mV),从而实现了光-热-电的连续转换,为太阳能利用提供一种新思路。

图2. 光-热-电驱动电机示意图(a)及实物图(b)。
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该工作共同第一作者为深圳大学硕士研究生付阔(现同济大学博士研究生)、曾晓璇与东北林业大学博士研究生赵新鹏,共同通讯作者为深圳大学余振强副教授、吴玥副研究员与东北林业大学陈志俊教授,研究成果得到了国家自然科学基金、中国科协青年托举人才、黑龙江省博士后项目、广东省自然科学基金及深圳市科创委等项目资金支持。

论文信息:

Quantitative Förster resonance energy transfer: efficient light harvesting for sequential photo-thermo-electric conversion

Kuo Fu#, Xiaoxuan Zeng#, Xinpeng Zhao#, Yue Wu1*, Meng Li, Xin-Shun Li, Chengjun Pan, Zhijun Chen*, Zhen-Qiang Yu*

Small

DOI: 10.1002/smll.202103172

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/journal/16136829