近日，中國科學院大連化學物理研究所光電材料動力學創新特區研究組研究員吳凱豐受邀，與中科院理化技術研究所吳驪珠院士合作發表了關于半導體納米晶光敏化有機合成的評述文章。
大連化物所發表半導體納米晶光敏化有機合成的評述文章
吳凱豐研究團隊近年來對無機半導體納米晶到有機分子的三線態能量轉移動力學機制開展了深入系統的研究。近期研究表明，這種三線態敏化新機制在光催化有機合成領域具有重要應用價值。該評述指出，傳統意義上，半導體是固體物理和光電信息等領域的研究對象，與有機化學幾乎沒有交集。但是，隨著現代科學的發展，學科之間的壁壘被打破，涌現出眾多的交叉領域。上世紀八十年代誕生于美國貝爾實驗室的半導體納米晶就是物理與化學融合的一個例證：一方面，可以通過溶液化學的方法調控納米晶的尺寸和形貌，實現對能級和波函數等物理量的定量調控；另一方面，納米晶本身的電子能級結構也剛好介于物理學家研究的體相半導體和化學家研究的小分子之間。
納米晶的獨特性質使其成為一類理想的光敏劑材料。通過調節尺寸即可對納米晶的光響應范圍實現寬譜調諧，且導帶和價帶能級（分別對應于化學中的還原和氧化電位）也隨之變化，適用于各類光氧化還原反應。吳驪珠團隊和美國西北大學Weiss教授團隊等都在該領域作出了重要貢獻。除了光氧化還原以外，基于納米晶敏化分子三線態的[2+2]環加成反應是納米晶在有機合成中的又一類重要應用。由于半導體納米晶的電子交換作用弱，其明暗態劈裂（類似于有機分子的單-三線態劈裂）僅為meV量級，在室溫下可忽略不計。該特性保證了納米晶光催化芳基共軛雙烯[2+2]環加成的高度化學選擇性，避免了氧化還原導致的[2+4]加成等競爭路徑，這是傳統分子光敏劑無法做到的。此外，由于底物和產物分子在納米晶表面的吸附，納米晶光敏劑還具有一定的模板效應，有助于實現區域和立體選擇性的[2+2]環加成。因此，納米晶敏化劑兼具均相和異相催化的特性。
評述最后指出，盡管半導體納米晶具有上述優異光電性質，但不必比較到底是納米晶光敏劑還是分子光敏劑更具優勢。相反，基于這兩類光敏劑材料，合成化學家將有更廣闊的空間探索各類光化學轉化反應。
該評述文章發表在《化學》（Chem）上，相關工作得到了中科院B類先導專項“能源化學轉化的本質與調控”的資助。
