卢小泉、韩振刚：分子调控提升卟啉光电性能领域取得重要进展

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卟啉是一类与生命活动息息相关的吡咯杂环化合物，在化学、材料、信息和生物等领域的应用十分广泛。然而受特殊共轭大环结构的影响，卟啉分子间存在着强烈的π-π堆积，导致了其主要以各种聚集体的形式存在，这不仅严重地影响其光电性能，也进一步限制了其在化学检测和生物成像中的实际应用。
       卢小泉教授课题组长期从事卟啉化合物在光电转化领域的研究。最近，课题组成员采用具有聚集诱导发光行为的四苯基乙烯分子通过化学修饰得到卟啉分子ATPP(TPE)。研究表明该新型卟啉在水相中具有优良的发光性能，它的电化学发光强度比单纯的卟啉ATPP增强了6倍，电化学发光效率达到了34.1%。理论计算结果表明，四苯基乙烯基团通过与卟啉共轭降低了该分子的LUMO能级，使得该分子在反应过程中更容易得电子，较低的能带隙有利于电子转移反应的发生，进而有效地提高了卟啉的电化学发光性能。该体系成功解决了卟啉分子由于聚集而导致的发光淬灭问题，为其在水相中的实际应用奠定了基础。相关成果发表在化学顶级期刊《德国应用化学》（Angew. Chem. Int. Ed. 2020, doi. org/10.1002/anie. 202010216，TOP一区），硕士生张银潘，赵雅琦和韩振刚副教授为本文的共同第一作者，卢小泉教授为通讯作者，西北师范大学为第一通讯单位。

图 1 卟啉聚集态下电化学发光示意图

       在前期研究中，课题组成员选用了两亲性环糊精化合物，与卟啉分子通过氢键形成超分子主客体，将卟啉分子包裹在环糊精里，从而破坏了卟啉分子间的聚集，达到“解聚”的目的；这类研究不仅提高了卟啉化合物的发光性能，还能提高其水溶性。最后利用氟离子更强的解聚特性，依托该发光体系实现了对水相中氟离子的高效检测。相关成果发表在化学期刊《分析化学》（Anal. Chem. 2020, 92, 5464−5472，TOP一区），硕士生吴艳霞，和韩振刚副教授为本文的共同第一作者，卢小泉教授为通讯作者，西北师范大学为第一通讯单位。
       以上工作得到了国家自然科学基金、甘肃省高等教育科研项目和中央引导地方科技发展专项资金等科研项目的支持。


        文章来源：西北师范大学
        卢小泉，西北师范大学教授。1966年出生，1990－1993年就读于西北师范大学化学系，获硕士学位，1997年获中山大学博士学位， 2001年在电分析化学国家重点实验室（中国科学院长春应用化学研究所）做高级访问学者。多年来一直从事分析化学、电化学和电分析化学、化学计量学及化学信息学的教学和研究工作。参加和主持多项国家、省部级科研项目，先后在国内外学术刊物上发表论文近100余篇，鉴定成果4项。在这些研究的基础上，合成了多种卟啉类分析化学新试剂，在界面电化学等方面首次将薄层伏安法(TLCV)与扫描电化学显微镜(SECM)相结合研究了卟啉等在模拟生物界面上的电子转移过程。出版学术著作3部。曾获教育部第四届高校青年教师奖（2002）、中国化学会全国青年化学奖（2000年）、甘肃省青年科技创新十大杰出奖（2006）、兰州市首届青年科技奖（2005）、甘肃省第六届青年成才奖（1999）、甘肃省科技进步三等奖一项（2004）、甘肃省高校科技进步一等奖两项（2003，2006）等奖项。