分子體系“光學(xué)暗態(tài)”超快動(dòng)力學(xué)研究取得重要進(jìn)展
日前,中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院、合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實(shí)驗(yàn)室羅毅教授研究團(tuán)隊(duì)張群教授課題組,在凝聚相分子體系“光學(xué)暗態(tài)”(自旋禁戒三線態(tài))超快動(dòng)力學(xué)研究方面取得重要進(jìn)展,相關(guān)研究成果發(fā)表在《物理化學(xué)·化學(xué)物理》和《美國化學(xué)會志》。 如何有效探測自旋禁戒激發(fā)三線態(tài)(“光學(xué)暗態(tài)”)空間的動(dòng)力學(xué)演化,一直是光物理、光化學(xué)和光生物研究領(lǐng)域頗為關(guān)注的棘手難題。由于存在諸如內(nèi)轉(zhuǎn)換和分子內(nèi)振動(dòng)能量再分布等快速弛豫過程,抽提并刻畫發(fā)生于“光學(xué)暗態(tài)”空間的動(dòng)力學(xué)演化十分困難。為此,團(tuán)隊(duì)研究人員另辟蹊徑,利用高激發(fā)的“光學(xué)明態(tài)”(自旋允許單線態(tài))到“光學(xué)暗態(tài)”(自旋禁戒三線態(tài))的快速能量轉(zhuǎn)移(系間竄躍),采用一種反常規(guī)的“時(shí)序反轉(zhuǎn)飛秒泵浦–探測”技術(shù),在模型分子體系(孔雀石綠分子)中實(shí)現(xiàn)了對發(fā)生在“光學(xué)暗態(tài)”空間“純凈的”超快動(dòng)力學(xué)演化過程的實(shí)時(shí)跟蹤和刻畫。這項(xiàng)非線性光譜技術(shù)的發(fā)展,為分子發(fā)光學(xué)、光子學(xué)以及量子調(diào)控等相關(guān)研究打開了一扇新窗。該工作以“Bringing Light into the Dark Triplet Space of Molecular Systems”為題發(fā)表在《物理化學(xué)·化學(xué)物理》[Phys. Chem. Chem. Phys. 17, 13129–13136 (2015)],得到了審稿人的高度評價(jià):“This work presents a novel experimental scheme that may bring new ideas in a topical field of physical chemistry.”、“This is a very interesting and thought-provoking paper. The readers will find the reading stimulating.”。該論文的第一作者為博士生葛晶,并得到研究團(tuán)隊(duì)江俊教授課題組在光譜與動(dòng)力學(xué)模擬方面的大力支持。 “時(shí)序反轉(zhuǎn)飛秒泵浦–探測”技術(shù):實(shí)時(shí)跟蹤和刻畫純凈“光學(xué)暗態(tài)”空間的超快動(dòng)力學(xué)演化 團(tuán)隊(duì)研究人員循著這個(gè)研究思路,與中國科學(xué)院化學(xué)研究所王春儒研究員課題組合作開展了針對金屬內(nèi)嵌富勒烯分子的超快動(dòng)力學(xué)機(jī)理研究。通過選取一類典型的金屬內(nèi)嵌富勒烯分子Sc2C2@C82,采用飛秒時(shí)間分辨的超快光譜測量技術(shù),系統(tǒng)考察了三種不同碳籠對稱性(Cs、C2v、C3v)以及相同碳籠對稱性而籠外修飾分子基團(tuán)電子特性不同(電子給/受體)等情形下的可見光激發(fā)電子動(dòng)力學(xué)行為。結(jié)合第一性原理計(jì)算,首次發(fā)現(xiàn)了該分子體系中三線態(tài)通道的開啟與富勒烯碳籠對稱性以及籠外修飾分子基團(tuán)電子特性之間的高度關(guān)聯(lián)性,進(jìn)而揭示出“光學(xué)暗態(tài)”在操控其光激發(fā)電子動(dòng)力學(xué)演化中的決定性作用。這些研究發(fā)現(xiàn),為基于金屬內(nèi)嵌富勒烯分子體系、面向太陽能可見光利用的光電轉(zhuǎn)換方面的研發(fā)工作提供了具有普適意義的機(jī)理層面新思路。該工作以“Visible-Light Photoexcited Electron Dynamics of Scandium Endohedral Metallofullerenes: The Cage Symmetry and Substituent Effects”為題發(fā)表在《美國化學(xué)會志》[J. Am. Chem. Soc. 137, 8769–8774 (2015)]。該論文的共同第一作者為博士生吳波(樣品制備/表征)、博士生胡嘉華(超快光譜/動(dòng)力學(xué))和博士后崔鵬(第一性原理計(jì)算)。 金屬內(nèi)嵌富勒烯分子體系:“光學(xué)暗態(tài)”電子動(dòng)力學(xué)行為機(jī)制的細(xì)致刻畫 |