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          【中國科學報】科學家通過紅外光上轉換實現高效太陽光合成

            來源:《中國科學報》第1版 要聞

            發布時間:2023-02-09

          利用低毒性量子點開展近紅外光子上轉換和有機催化合成示意圖。大連化物所供圖

            本報訊(見習記者孫丹寧)中國科學院大連化學物理研究所研究員吳凱豐團隊率先實現了低毒性量子點敏化的近紅外至可見光的上轉換,并將該體系與有機光催化融合,實現了高效快速的太陽光合成。這一交叉創新型研究成果對光化學和光合成技術的發展具有重要意義。2月6日,相關研究發表于《自然-光子學》。

            太陽光中蘊含著大量紅外光子,但這些光子不為人眼所見,且能量較低,通常難以有效轉化和利用。紅外光到可見光的上轉換在能源、醫學等諸多領域具有重要意義。然而,此前報道的近紅外光敏劑普遍效率較低或含有貴金屬和有毒金屬,相對廉價、環保的高效近紅外光敏劑仍有待開發。

            前期工作中,團隊深入系統地研究了量子點敏化有機分子三線態的動力學機制,并探索了這些新機制在光子上轉換、有機光合成等領域的初步應用。此次研究中,團隊聚焦于銅銦硒(CuInSe2)基近紅外量子點。該類量子點相對綠色環保,可用于替代劇毒性的鉛基近紅外量子點。

            團隊制備了硫化鋅(ZnS)包覆的鋅(Zn)摻雜銅銦硒核殼量子點,有效解決了該類量子點缺陷多和穩定性差的難題,隨后構建了溶液相上轉換體系。該體系成功實現了近紅外至黃光的上轉換,量子效率高達16.7%。團隊將該上轉換體系與有機光催化融合,把上轉換產生的紅熒烯單線態直接用于“原位”有機氧化、還原、光聚合等反應,巧妙避免了上轉換光子傳播至溶液表面所經歷的量子點重吸收損失。此外,得益于近紅外光子的有效利用和量子點的寬譜吸收特性,該上轉換-有機催化融合體系可在太陽光下高效、快速運行。在室內窗臺上,幾秒內即可實現丙烯酸酯的光誘導聚合。

            “一個世紀以來,在陽光下進行有機合成是許多科學家的想法,但前期探索主要局限于利用太陽光中的可見光子?!闭撐耐ㄓ嵶髡邊莿P豐說,“這項研究將太陽能合成的范圍擴大到了陽光中豐富的可見光和近紅外光子,將有力推動光合成技術的發展?!?/p>

            相關論文信息:https://doi.org/10.1038/s41566-023-01156-6

            以下是該媒體報道地址:https://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2023/2/373097.shtm?id=373097

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