太阳能转换与材料转换和医疗保健中的预期应用

庆应义University大学理工学部副教授田部卓夫和助理教授Sa井Hay人，庆应义University大学科学技术研究生院斋枝敏之(2019年完成硕士课程)，小su康弘教授和博士后研究员组成的研究小组神户大学分子光科学研究中心的长岛裕树发现，当光暴露于他们自己发展的并四苯烷硫醇修饰的金纳米团簇的表面时，与四并烯吸收的光子数量相比，可以转换两倍的激子分子。他们还发现，这些激子的寿命比传统金表面上的有机分子的寿命大约长10,000倍。此外，他们成功地以160%的高效转化率转化了单重态氧(一种活性氧)，与吸收的光子数量相比，转化率远远超过了100%。单线态氧用于光动力疗法(用光治疗癌症)和有机合成等方面。

预计这些发现将在未来为太阳能转换，电子，生命科学和医疗保健等领域做出贡献。这项研究的结果发表在9月6日美国科学出版物“美国化学学会杂志”的在线版本上。

1.研究重点

通常，一个分子吸收一个光子时，仅形成一个激子(电子空穴与电子的结合状态)。然而，近年来，单重态裂变(由单个光子的吸收过程形成两个激子)在全世界引起了广泛关注，尽管在将其用于化学反应之前还需要进行大量工作。

通常，与有机分子的分离状态相比，已化学修饰并整合到金属表面的有机分子会损失大量的激发能。

为了立即解决所有上述问题，新设计并合成了并四烷烃硫醇修饰的金纳米簇。通过极大地抑制金属表面上激发能的快速损失，可以将寿命提高约10,000倍。另外，通过单线态裂变高效率地形成了激子，单线态氧的产生效率成功地提高到约160%(图1)。

2.研究内容和结果

由庆应义，大学，神户大学和坦佩雷大学的研究人员组成的研究小组专注于称为单线态裂变的光反应。这是一个过程，其中一个分子吸收光子，形成两个激子后，两个位于附近的分子彼此相互作用。为了同时解决上述问题，他们考虑通过自组装单分子层(SAMs)方法将并四苯(其化学结构由四个直连的苯环组成)修饰成金属纳米簇(图2)。 )。SAM是通过化学修饰金属表面上的有机配体(例如链烷硫醇)制成的单分子层，并且已成为纳米技术最新进展的重要核心技术。在单峰裂变中如果在彼此靠近的两个分子之间发生反应，则必须严格控制两个分子之间的距离和方向。当使用并四苯并二硫化物(图2，右)对金纳米簇的表面进行化学修饰时，并四苯并二硫化物由两个并长为n的相同烷基链的并四苯烷硫醇组成，并列了并发长为n的相同烷基链的并四苯的可能性。不可避免地增加。因此，如图2左侧所示，具有不同烷基链长度(其中一个的长度为n = 11而另一个的长度为n =)的并四并二硫化物(Tc-C11-SS-Cn-Tc)。 5、7或9)是新合成的，并且对金纳米团簇表面进行了化学修饰。使用并四并二硫化物和并四并二硫化物，合成了一系列并四苯烷硫醇修饰的金纳米簇(具有144个金原子的金的嵌段(簇)，其表面被60个四烯以烷硫醇为介质进行了化学修饰)。结果，可以产生具有最佳距离和取向的单分子排列的双分子排列，以在金纳米团簇表面上有效地发生(同时抑制逆反应)。

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