基于核黄素的卟啉类长寿命电荷分离态组装体研究

The preparation of porphyrinic materials with a long-lived charge-separated state is the key to mimic natural photosynthesis process and to increase the efficiency of solar photoelectric conversion. However, up to date the lifetime of charge-separated state of porphyrinic assemblies based on C60 or other species is not long enough yet. The reorganization energy of riboflavin is very small and the lifetime of charge-separated state of a porphyrin-riboflavin assembly is possibly long. We will aim at the materials based on porphyrin-riboflavin assemblies. We are going to prepare novel porphyrin-riboflavin assemblies and reveal their construction rules and the relationships between their structures and properties by using molecular design and crystal engineering methods. This research will redound to enrich the theory of porphyrinic photoelectric functional materials, make for people to obtain novel porphyrinic photoelectric functional materials, help people to better promote the theoretical and practical investigations on porphyrinic photoelectric functional materials, and help people to innovate their research mode for one by one finding novel porphyrinic photoelectric functional materials from numerous compounds.

合成具有长电荷分离态的卟啉组装体是实现模拟光合作用、提高太阳能光电转换效率的关键，但是目前基于C60等物种的组装体的电荷分离态寿命都不够长。本项目基于电荷传递重组能非常小的核黄素，运用分子设计与晶体工程技术，将核黄素与卟啉结合以获得长电荷分离态的卟啉-核黄素类组装体，并揭示其构筑规律；通过对卟啉-核黄素类组装体的电荷分离态寿命研究，探索组成和结构变化对电荷分离态寿命的影响，阐明组成和结构与电荷分离态寿命之间关系，从理论上证明和预测卟啉-核黄素类组装体的电荷分离态寿命调控机制；研究组装体的物理化学性能，为实际应用奠定基础，为设计和制备卟啉光电功能材料提供新方法和理论依据。本项目有助于丰富和发展卟啉功能材料相关理论和获得新型卟啉光电功能材料，有助于人们更好地对卟啉光电功能材料开展基础理论研究和实际应用研究，有助于在一定程度上改变人们在数量庞大的材料中一个个逐一发现新卟啉光电功能材料的研究模式。

卟啉在植物光合作用和血细胞载氧过程中扮演着重要角色，科学界对卟啉的研究热度日益增加。借助人工合成的卟啉功能材料，有助于人们设计分子水平上的光电器件和探索卟啉新的用途。目前卟啉功能材料的研究正处于快速发展阶段，充分发挥卟啉材料独特的性能，设计合成全新的卟啉功能材料，开发新的器件和用途，是一个富有挑战性和战略意义的研究课题。. 本课题组从分子设计与晶体工程角度出发，利用不同稀土或过渡金属离子与各种卟啉配体的配位性能的差异，通过分子自组装及原位合成等化学方法，构筑出多个系列的卟啉功能材料，研究了其设计合成、X-射线晶体结构、光物理和电化学等性质，并探讨了其应用的可能性。同时基于本课题组在晶体结构方面的优势，研究了这类材料的性能机理及其与X-射线晶体结构的关系，为设计和制备性能更优越的各种卟啉功能材料与器件提供了比较重要的理论依据。. 本课题组：. 1）首次发现了系列具有三维孔洞结构的4f-3d稀土-过渡金属TPPS卟啉功能材料的有效合成方法，初步研究了它们的X-射线单晶结构和物理化学性质，经研究发现这些金属TPPS卟啉具有气体吸附、磁性、高热稳定性、荧光、电化学等性能。. 2）首次通过原位酯化反应合成了过渡金属酯化TCPP卟啉功能材料，并研究了它的X-射线单晶结构和性质，对于这个原位酯化反应，我们还提出了一个可能的机理。. 3）首次发现了合成稀土组氨酸金属卟啉功能材料的有效方法，研究发现这些稀土组氨酸金属卟啉拥有三维孔洞结构，并研究了它们的X-射线单晶结构和物理化学性质等。. 本课题组的研究对于发展卟啉功能材料具有比较重要的意义，有利于开发卟啉功能材料在光学和电学等方面的应用，有助于获得具有自主知识产权的新型卟啉功能材料。