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近日，中國科學院大連化學物理研究所光電材料動力學研究組（1121組）吳凱豐研究員團隊在量子點光化學研究中取得新進展，實現(xiàn)了低毒性量子點敏化的近紅外光至可見光的上轉換，并將該體系與有機光催化融合，實現(xiàn)了高效快速的太陽光合成。
紅外光到可見光的上轉換在能源、醫(yī)學、國防等諸多領域具有重要意義。例如，對太陽能電池而言，上轉換能使器件有效利用陽光中大量的低能量紅外光子，顛覆性地提升太陽能轉換效率。在各類上轉換技術中，基于有機分子三線態(tài)湮滅的光敏化技術可對非相干、非脈沖光源實現(xiàn)上轉換，具有較強的實用前景。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(huán)保的高效近紅外光敏劑仍然有待開發(fā)。
吳凱豐研究團隊一直致力于膠體量子點的超快光物理與光化學研究。在超快光化學領域，團隊深入系統(tǒng)研究了量子點敏化有機分子三線態(tài)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。在這些前期基礎之上，團隊開發(fā)了CuInSe2基量子點，用于替代劇毒性的鉛基近紅外量子點，實現(xiàn)三線態(tài)敏化和近紅外上轉換。
本工作中，團隊首先制備了ZnS包覆的Zn摻雜CuInSe2核殼量子點，有效解決了該類量子點缺陷多和穩(wěn)定性差的難題。團隊在量子點表面修飾羧基化的并四苯分子作為三線態(tài)受體，并采用紅熒烯分子作為湮滅劑，構建了溶液相上轉換體系。時間分辨光譜研究表明，該類量子點的光生電子和空穴都會在皮秒尺度被局域在量子點本身的缺陷位點。該局域化電子—空穴對仍然能夠在納秒尺度傳遞至量子點表面的并四苯分子，高效生成自旋三線態(tài)，并進一步傳遞至溶液中的紅熒烯分子，進行三線碰撞湮滅。該體系實現(xiàn)了近紅外至黃光的上轉換，量子效率高達16.7%。
