簡(jiǎn)介

植物在陽(yáng)光下生活，繁衍生息和生存的能力，為理解和模仿這一太陽(yáng)能生產(chǎn)過(guò)程提供了無(wú)與倫比的動(dòng)力。 科學(xué)家對(duì)光系統(tǒng) II 進(jìn)行了長(zhǎng)期的研究，渴望利用它旺盛的潛力。 吸收的陽(yáng)光會(huì)產(chǎn)生一系列質(zhì)子耦合電子轉(zhuǎn)移（PCET），這些能量將能量匯聚到植物中以用于合成食物。 愛(ài)丁堡儀器 LP980 瞬態(tài)吸收（閃光光解）光譜儀是世界上wei一商業(yè)化集成系統(tǒng)，具有雙檢測(cè)器選件，可直接測(cè)量這類(lèi)能量和電子轉(zhuǎn)移所需的動(dòng)力學(xué)和光譜學(xué)信息，非常適合太陽(yáng)能作用機(jī)制研究。

圖1: 愛(ài)丁堡儀器 LP980 瞬態(tài)吸收光譜儀

研究

在瑞士巴塞爾大學(xué)對(duì)電子和能量轉(zhuǎn)移機(jī)理進(jìn)行了啟發(fā)性的光化學(xué)研究，并S次利用瞬態(tài)吸收研究了光誘導(dǎo)的長(zhǎng)距離的電子轉(zhuǎn)移，以及分子三聯(lián)體中的受體質(zhì)子化和供體去質(zhì)子化，旨在模仿光系統(tǒng) II（PSII）。

圖 2：研究的模擬三重態(tài)光系統(tǒng) II（PSII）的分子三聯(lián)體顯示了多個(gè)質(zhì)子耦合電子轉(zhuǎn)移

（PCET）和長(zhǎng)距離電子轉(zhuǎn)移。

這些研究人員系統(tǒng)地設(shè)計(jì)了一個(gè)分子三聯(lián)體，使其行為類(lèi)似于PSII。苯酚供體（酪氨酸 Z 模仿體），與 Ru（II）敏化劑（P680 模仿體）連接，還與單季銨鹽受體（質(zhì)體醌 B 模仿體）連接。 Ru（II）敏化劑的光激發(fā)會(huì)像 PSII 中的 P680 一樣引發(fā)該過(guò)程，并產(chǎn)生金屬-配體電荷轉(zhuǎn)移（MLCT）激發(fā)態(tài)（圖 2）。然后，在苯酚供體（PCET 1）上發(fā)生 PCET 反應(yīng)，生成苯氧基，并進(jìn)行長(zhǎng)距離電子轉(zhuǎn)移至單季銨鹽，隨后發(fā)生 PCET 反應(yīng)（PCET 2）。通過(guò)改變?nèi)軇?，并利?ICCD 和PMT 檢測(cè)器的瞬態(tài)吸收光譜分別研究光生自由基光譜和壽命，并將其與電化學(xué)光譜進(jìn)行比較，以證明光引發(fā)瞬態(tài)光譜中存在的自由基種類(lèi)，研究人員能夠證明多步 PCET 和遠(yuǎn)距離電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)的發(fā)生（圖3）。

圖3：（A）分子三重態(tài)的光引發(fā)瞬態(tài)吸收光譜，（B）單季銨化合物的電化學(xué)光譜，（C）苯

氧基自由基的吸收，以及（D）顯示酚鹽吸收的示差光譜。

小結(jié)

這項(xiàng)研究強(qiáng)調(diào)了設(shè)計(jì)獨(dú)特的分子體系結(jié)構(gòu)如何能夠洞察自然界有效地收集和存儲(chǔ)太陽(yáng)能以及避免電荷積聚的能力； 這些質(zhì)子耦合的電子轉(zhuǎn)移過(guò)程可以通過(guò)愛(ài)丁堡儀器 LP980 瞬態(tài)吸收光譜儀直接研究。

原文鏈接: https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.7b08761

圖片源自 J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 13308-13311.