基于硫化物分子筛为主体的主客体复合材料的构建及主体参与的能量转移和效率调控研究

摘要

光热驱动的能量转移过程是光合作用中的重要步骤，发现和揭示此过程是科学领域广泛关注的课题。多年来，在基于传统晶态氧化物微孔分子筛为主体的主客体复合材料体系中，探索能量转移受到了特别关注，是主客体化学领域的研究重点和热点。然而，氧化物分子筛的非光学活性和绝缘本性严重限制了它们作为主体材料参与的能量转移和输运过程。为解决传统的氧化物分子筛性能拓展方面所面临的局限性，本论文选取具有半导体特性和光学活性的金属硫族分子筛作为主体材料，把具有光学活性的有机染料植入到该纯无机主体框架材料的孔道中，构建了新型主客体复合材料，并深入探究了开放半导体主体框架与被限域的有机染料间的能量转移及效率调控，实现了多级能量转移效率的精确调控。具体研究内容将分为以下两个方面：
　　1.基于硫化物分子筛和有机染料主客体间的多级能量转移
　　以RWY为代表的硫化物分子筛因其具有良好发光特性且在紫外区具有较强的吸收，而被选择作为合适的主体材料构筑主客体天线系统并研究主体参与的能量转移。能量转移的发生需满足主体的发射光谱与客体分子的吸收光谱重叠的要求。基于此，我们选择染料分子吖啶橙(AO)其吸收光谱大约在490nm与RWY的发射光谱（400-600nm）相互重叠，和罗丹明 B其吸收光谱大约在565nm与染料吖啶橙（AO）的发射光谱545nm重叠，作为客体分子分别引入到硫化物分子筛孔道内部或者镶嵌在表面，成功的构筑了主客体复合材料，且实现了金属硫化物分子筛参与的多级能量转移及效率的研究。
　　2.通过酸和溶剂效应调控染料和硫化物分子筛主客体间的多级能量转移效率
　　尽管以具有半导体特性和光学特性硫化物分子筛参与的多级能量转移已经被研究,但是能量转移的效率只有12％，并没有达到我们预期的结果。因此如何提高能量转移的效率仍然是一个严峻的挑战。在本章中，我们利用硫化物分子筛(RWY)的稳定性及客体分子的独特性精确的对能量转移的效率进行了调控。首先，在不同的酸性条件下,染料分子(原黄素)自身发生电离成不同的形式。不同电离形式的原黄素分子因具有不同的光学行为,可有效的增加了主体发射光谱与客体吸收光谱的重叠度进而调控能量转移的效率。其次，不同的溶剂分子可对主体与客体间的排布方向、距离以及电子偶极矩产生有效的影响。基于此，我们可通过调节客体分子周围的溶剂分子来调控多级能量转移的效率。
　　此课题的研究将对传感监测、半导体光催化、污染物消除等与光化学、环境保护领域的相关研究提供新型复合材料和基础理论指导。