光合细菌分子自组装捕光天线相干激子态传能机制研究获进展

顾城给世人留下了著名诗句“黑夜给了我黑色的眼睛,我却用它来寻找光明”。把这句话用在古老的光合细菌绿硫菌身上也十分妥帖。人眼对可见光的响应达到单光子量级,而依靠光合作用为生的绿硫菌其生存环境比我们所经历过的任何黑夜还要暗淡。可以想象它们的捕光天线系统也应该十分发达,传能机制也会更为奇特。绿硫菌捕光天线可高达100%的传能效率也足以证实人们的这种猜测,然而其传能机制还一直处于深入研究当中。

2016年2月,北京师范大学杨清正课题组,中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室(筹)翁羽翔研究组和中国科学院理化技术研究所吴骊珠、佟振合研究组合作,在Angew. Chem. Int.上发表了题为Light-Harvesting Systems Based on Organic Nanocrystals To Mimic Chlorosomes 的研究论文,在色素分子自组装三维纳米晶体中证实了离域激子态迁移的传能机制。

左图为绿硫光合细菌的构造及绿小体结构示意图,分子结构为细菌叶绿素c;右图为人工模拟分子自组装有机纳米晶体。

左图为绿硫光合细菌的构造及绿小体结构示意图,分子结构为细菌叶绿素c;右图为人工模拟分子自组装有机纳米晶体。

给受体有机纳米共晶中能量传递的相干激子态迁移机制及两种不同受体分子对给体荧光的浓度淬灭关系

给受体有机纳米共晶中能量传递的相干激子态迁移机制及两种不同受体分子对给体荧光的浓度淬灭关系。

结果表明,在给受体组装成的纳米共晶中,能量传递过程符合激子迁移机制;受体临界浓度对应的两个受体分子间的平均距离代表相干激子态的离域尺度。若以圆表示相干激子态的离域单元,该离域区域的半径为6.1 nm,相应的给受体分子的比例为1000:1。另外该人工模拟系统同样具有很高的传能效率:当给体受体的比例高达1000:1时,能量传递效率仍可达95%。论文(Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 275-2763)被选VIP文章。

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