有機(jī)分子的激發(fā)三重態(tài)因具備較長的弛豫壽命和較高的反應(yīng)活性，可以有效的將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，已被廣泛的應(yīng)用于光催化、光動(dòng)力治療、太陽能轉(zhuǎn)化、有機(jī)發(fā)光等眾多領(lǐng)域。因此，開發(fā)更高效系間穿越以及更高三重態(tài)量子產(chǎn)率的新型光敏劑具有重要的應(yīng)用前景。由于自旋禁阻，在傳統(tǒng)光敏劑體系中，其系間穿越速率（ISC，k~10⁸ s^-1）很難與內(nèi)轉(zhuǎn)換和熒光發(fā)射等其它激發(fā)態(tài)弛豫通路相競(jìng)爭(zhēng)。因而，三重態(tài)量子產(chǎn)率一般較低。目前，比較有效的增加三重態(tài)量子產(chǎn)率的方法是引入重原子，但因?yàn)槠涑杀竞投拘杂质沟迷擃惾貞B(tài)敏化劑的應(yīng)用受到一定的限制。近年來，研究顯示合理的引入分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移態(tài)（CT），可能大幅提升分子 ISC 速率（k＞10¹¹ s^-1）。利用該思路有望打破現(xiàn)有瓶頸，為設(shè)計(jì)研發(fā)新型無重原子光敏劑提供新的思路。

華東師范大學(xué)陳縉泉課題組結(jié)合分子結(jié)構(gòu)與其對(duì)應(yīng)的激發(fā)態(tài)特性，系統(tǒng)的總結(jié)了近年來緊湊型有機(jī)分子中 CT 態(tài)誘導(dǎo)的超快 ISC 的最新研究進(jìn)展。文章中指出，在緊湊型有機(jī)分子中，通過搭建電子供體與受體之間的垂直構(gòu)型，利用自旋軌道電荷分離機(jī)制（SOCT-ISC），可以有效的提升三重態(tài)產(chǎn)生效率。在該類分子系統(tǒng)中，當(dāng)分子發(fā)生電荷復(fù)合過程中，軌道角動(dòng)量的大幅改變會(huì)驅(qū)動(dòng)自旋角動(dòng)量的變化。值得注意的是，SOCT-ISC 不僅對(duì)分子結(jié)構(gòu)有嚴(yán)格的要求，還會(huì)受到電子供體和受體的分子幾何形狀、溶劑極性和連接電子供受體的方式的影響。

借助 SOCT-ISC 機(jī)制，陳縉泉課題組和華東理工大學(xué)楊有軍課題組合作開發(fā)了一系列覆蓋紫外到可見波段的十字交叉螺共軛分子并實(shí)現(xiàn)了超快 ISC 和超高三重態(tài)量子產(chǎn)率。目前，這一系列分子的潛力正在進(jìn)一步挖掘。

該論文以“Unravelling the role of charge transfer state during ultrafast intersystem crossing in compact organic chromophores” 為題發(fā)表于Phys. Chem. Chem. Phys.,并入選為期刊封面文章（front inside cover），陳縉泉教授為通訊作者。該研究工作受到了中國國家自然科學(xué)基金 (NO. 91850202, 21873030和 11674101) 和上海啟明星計(jì)劃 (No. 19QA1402800) 的支持。

1. 首次在實(shí)驗(yàn)上觀測(cè)到核苷分子中存在電荷轉(zhuǎn)移態(tài)介導(dǎo)的三重激發(fā)態(tài)生成過程，并全面解析了三重激發(fā)態(tài)產(chǎn)生機(jī)制。
2. 螺共軛體系內(nèi)電子給體/受體兩部分結(jié)構(gòu)通過螺原子相連接。在整個(gè)分子激發(fā)態(tài)弛豫過程中，給體和受體始終保持嚴(yán)格垂直，因此在電荷復(fù)合過程中，可以產(chǎn)生最大程度的軌道角動(dòng)量改變，進(jìn)一步最大程度促進(jìn)三重激發(fā)態(tài)生成，ISC 速率常數(shù)最高可達(dá)~10¹¹ s^-1。
3. 螺共軛體系不僅可以實(shí)現(xiàn)超快 SOCT-ISC，也可以結(jié)合其他多種因素共同促進(jìn) ISC，提高三重態(tài)生成量子產(chǎn)率。這將有望成為一個(gè)設(shè)計(jì)合成無重原子三重態(tài)敏化劑的理想方案。

• Unravelling the role of charge transfer state during ultrafast intersystem crossing in compact organic chromophores
  Meng Lv, Xueli Wang, Danhong Wang, Xiuhua Li, Yangyi Liu, Haifeng Pan, Sanjun Zhang, Jianhua Xu and Jinquan Chen^*(陳縉泉, 華東師范大學(xué))
  Phys. Chem. Chem. Phys.,  2021, 23, 25455
  http://doi.org/10.1039/D1CP02912F

  

華東師范大學(xué)精密光譜科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授。主要研究方向是采用飛秒瞬態(tài)光譜研究生物大分子與功能化染料分子中激發(fā)態(tài)動(dòng)力學(xué)過程，重點(diǎn)關(guān)注分子體系中電荷/能量轉(zhuǎn)移、系間穿越、電子自旋軌道耦合等過程的關(guān)聯(lián)和相關(guān)過程的調(diào)控。近年來工作已在 Science, Journal of the American Chemical Society, Chemical Science, Journal of Physical Chemistry，Physical Chemistry Chemical Physics 等國際期刊發(fā)表， 目前共發(fā)表論文 80 余篇。