基于苝二亚胺和碘偶氮BODIPY的宽带吸收光敏剂及其在光氧化中的应用

《Journal of Molecular Structure》：Broadband absorption photosensitizers based on perylenediimides and iodo-aza BODIPY and its application of photooxidation

　　

赵方明|李莹莹|马杰|张雪|余琴|尹彦兵|何西峰|吴迪|尹光明

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  设计了并合成了具有宽光谱吸收特性的有机光敏剂D-1和D-2。
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  实现了高效的共振能量转移和光诱导电子转移。

引言

三重态光敏剂因在光催化制氢、[[1], [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8], [9], [10], [11]]光动力疗法、[[12], [13], [14], [15], [16], [17], [18], [19], [20]]三重态-三重态湮灭上转换、[[21], [22], [23], [24], [25], [26], [27]]以及光氧化还原催化有机反应[[28], [29], [30], [31], [32]]等领域的广泛应用而备受关注。然而，传统的三重态光敏剂通常只含有一个可见光吸收色团，由于其在可见光区域的吸收带较窄且对太阳辐射的利用效率低下，限制了其应用前景。为解决这些问题，人们基于福斯特共振能量转移原理开发出了多种具有宽光谱吸收特性的光敏剂[[33], [34], [35]]，研究表明这类光敏剂的性能优于单色团光敏剂。

以往的研究中已有将BODIPY或萘二酰亚胺（NDI）与碘代氮杂-BODIPY共价连接而成的三重态光敏剂的报道[33,36]。在这些体系中，BODIPY或NDI作为能量供体，而碘代氮杂-BODIPY则作为能量受体，从而实现宽光谱吸收和共振能量转移。最近有研究指出，基于取代苯并二酰亚胺（PDIs）和氮杂-BODIPY的三组分体系能够实现从外围PDI单元到中心氮杂-BODIPY核心的高达98%的共振能量转移效率[37]。尽管这两种色团之间的共振能量转移已得到广泛研究，但据我们所知，目前尚无基于这种组合的三重态光敏剂体系的相关报道。因此，本研究选择PDI衍生物作为能量供体，同时将碘代氮杂-BODIPY既作为能量受体又作为分子内自旋转换剂，以此构建基于福斯特共振能量转移原理的宽光谱光敏剂。

章节摘要

分子设计与合成

苯并二酰亚胺（PDIs）和碘代氮杂-BODIPY在可见光区域具有独特的吸收特性和高吸收能力。碘代氮杂-BODIPY具备高效的系间窜越能力以及强大的可见光捕获功能[38,39]。具体而言，氮杂-BODIPY在2,6位上的碘原子取代可最大化系间窜越效率，使其能够充当自旋转换剂。碘代氮杂-BODIPY的吸收带与发光光谱之间存在有效的光谱重叠

结论

综上所述，本研究成功制备了具有宽光谱吸收能力和共振能量转移功能的新型光敏剂（D-1和D-2）。四氯-PDI（化合物8）和四苯氧基-PDI（化合物11）被用作能量供体，而碘代氮杂-BODIPY则同时承担能量受体和自旋转换剂的功能。通过对这些新型光敏剂及参考化合物进行稳态光谱分析、纳秒级时间分辨光谱测量以及密度泛函理论计算等方法的研究，发现D-1和D-2具有延伸至更宽波段的强宽光谱吸收特性

CRediT作者贡献说明

赵方明：论文撰写——初稿撰写、资源获取、正式分析、数据整理。李莹莹：论文撰写——初稿撰写、资源获取、正式分析、数据整理。马杰：论文撰写——审稿与编辑、研究指导、方法设计、资金申请、概念构思。张雪：软件应用、正式分析、数据整理。余琴：论文撰写——初稿撰写、正式分析、数据整理。尹彦兵：资源获取、方法设计、实验研究。何西峰：资源获取、实验研究、正式分析。吴迪：

利益冲突声明

作者们声明不存在任何利益冲突。