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为解决人工光捕获系统（LHS）多步能量转移少且多在有机溶剂构建的问题，研究人员基于超分子级联组装设计新型水相三步顺序能量转移 LHS。该系统能量转移效率高，可实现白光发射，应用于 LED 器件，为制造有机发光材料提供新思路。
在神奇的自然界中，光合作用就像一台精密的能量转化机器，它帮助生物吸收、捕获、转移和储存太阳能，是地球上生命存在的基础。在光合作用的众多环节里，光捕获和能量转移尤为关键。受此启发，科研人员一直致力于模仿自然光捕获系统（LHS），期望通过 F?rster 共振能量转移（FRET）过程，为理解光合作用建立理论基础，同时推动其在光催化、光动力 / 热疗、光电材料、生物成像和生物传感器等领域的应用。
然而，实现有效的 FRET 面临诸多挑战。它不仅要求供体发射光谱和受体激发光谱有良好的重叠，还得保证供体和受体之间距离、偶极方向合适。而且，供体密集堆积时还得避免因聚集诱导猝灭（ACQ）效应导致的荧光分子内自猝灭。传统基于共价键的人工 LHS 合成过程繁琐，相比之下，基于非共价相互作用的超分子光捕获系统制备更简便。尽管超分子自组装在构建人工 LHS 方面取得了一定进展，但大多数人工 LHS 仅涉及一到两步能量转移，与自然界普遍存在的顺序多步能量转移相差甚远。此外，为避免水引发的 ACQ 效应，多数已报道的 LHS 在有机溶剂中构建。因此，开发能在水环境中模拟自然过程、具有顺序多步能量转移的高效人工 LHS，成为了极具吸引力却又充满挑战的研究目标。
为攻克这些难题，来自未知研究机构的科研人员在《Dyes and Pigments》发表研究，设计了一种基于超分子级联组装、能在水中实现三步顺序能量转移的新型人工 LHS。
研究人员采用的主要技术方法包括化合物合成技术，根据已有文献合成了多种化合物，如化合物 1 和化合物 5，还通过一系列反应制备了其他关键材料；利用 UV-vis 和光致发光（PL）光谱技术研究材料的光物理性质，以此探究能量转移过程。
合成
研究人员根据文献方法合成了化合物 1 和化合物 5，其表征数据与文献一致。以化合物 1 为原料，通过 Suzuki 型偶联反应和 Pd/C 介导的氢化反应，分别以 87% 和 86% 的产率制备出材料 2 和 3。化合物 3 与 1,1'- 硫代羰基二咪唑反应，以 75% 的产率得到化合物 4，最终通过 Suzuki 型反应顺利合成了大环 TPEA。
结果与讨论
研究人员对 TPEA 的光物理性质进行研究。在纯四氢呋喃（THF）溶液（1.0×10?? M）中，TPEA 在 358nm 处有吸收带，发出微弱的绿色荧光。向 THF 溶液中加入不良溶剂水后，其荧光强度逐渐增强，并在 494nm 处发出蓝绿色荧光。这表明 TPEA 是典型的聚集诱导发光团（AIEgen）。研究人员构建了基于超分子级联组装的体系 BDA/TPEA/NIR/TPESe，其中 BINOL 衍生物（BDA）自组装成纳米颗粒作为能量供体，具有 AIE 特性的 TPE 基大环（TPEA）作为中继受体，可将激发能转移给尼罗红（NIR）和近红外 AIEgen（TPESe）。由于超分子策略的灵活性以及供体和受体良好的光谱重叠，当 BDA 组装体与 TPEA 的比例为 1000:100 时，能量转移效率达 95.1%。引入 NIR 和 TPESe 后，实现了三步能量转移，能量转移效率为 82.7%（BDA/TPEA/NIR/TPESe = 1000:100:25:30）。通过调整供体和受体比例，如 BDA/TPEA/NIR = 1000:10:2.6 或 BDA/TPEA/NIR/TPESe = 1000:7.2:0.64:2，该体系可实现强白光发射，CIE 值分别为 (0.32, 0.33) 或 (0.33, 0.34)。此外，得益于 LHS 纳米材料高效的固态发光性能，将其涂覆在 LED 灯泡（λem = 365nm）上，可制备出具有可调发射颜色的 LED 器件。
研究结论与讨论
这项研究成功构建了在水中具有三步顺序能量转移的人工光捕获系统。该系统利用超分子级联组装，结合 AIEgen 的优势，实现了高效的能量转移和可调的光致发光。通过精确调控供体和受体比例，获得了理想的白光发射，并应用于 LED 器件，为制造明亮的有机发光材料开辟了新途径。其重要意义在于为模仿自然光合作用的光捕获过程提供了新的模型，有望推动光捕获技术在多个领域的发展，如照明、显示技术、生物成像等。同时，该研究成果也为超分子化学和 AIEgen 的应用提供了新的思路，为后续开发更高效、更智能的光功能材料奠定了基础。
