光合作用是地球碳氧循環必不可少的過程，對于生物界的幾乎所有生物來說，這個過程是它們賴以生存的關鍵。以自然光捕獲體系為靈感，科學家們設計了非常多的人工光捕獲系統用于應對能源危機。一般來說，理想的光捕獲體系應具有接近100%的能量轉移效率以及高的天線效應（大于10）。目前以較低的成本實現接近理想的人工光捕獲體系仍然是一個挑戰，建立高效的光能傳遞體系通常需要復雜的分子設計和大量的分子合成工作。近日，大連理工大學化工學院陶勝洋教授負責的數字化學研究團隊將現代數字設計與制造方法與化學研究相結合，在人工光捕獲材料開發領域取得重要進展。研究人員將計算流體力學（CFD）、基于相場的數字孿生模型、量子力學密度泛函計算結合，預測和解釋了分子在不同空間尺度下的能量傳遞和聚集機制。研究者利用3D打印技術制造了CFD優化后的反應器模型，從而實現了連續流的納米材料宏量合成。這類納米材料將性質完全相反的聚集猝滅（ACQ）和聚集發光分子（AIE）結合在一起，形成ACQ@AIE型的發光納米顆粒（CEAA染料）。兩種染料在納米顆粒內實現了智能可控的級聯熒光共振能量轉移（FRET）過程。最后，利用CEAA染料搭建了高效的光收集體系，實現了99.37%的能量轉移效率以及26.23的天線效應。研究中使用的染料均為市售平價染料，無需額外的合成過程，具體包括四苯乙烯（TPE），香豆素6(C-6)，尼羅紅(NiR)和LR305等。相關研究成果發表于國際著名期刊《自然·通訊》上，文章題目為“Coemissive luminescent nanoparticles combining aggregation-induced emission and quenching dyes prepared in continuous flow”。博士生李沖為論文第一作者，陶勝洋教授為唯一通訊作者。大連理工大學為唯一完成單位。
以上研究項目得到了國家自然科學基金、教育部智能材料化工前沿科學中心的經費支持。陶勝洋教授團隊致力交叉學科研究，將數字化研究工具與化學反應相結合，廣泛使用計算流體力學、量子化學計算、機器學習、折紙幾何學、3D CAD設計、3D打印、激光加工、自動控制等方法解決化合物在合成、傳遞、聚集和放大生產中的科學與技術問題，已在多相催化反應器設計、微流體與連續流反應器、高粘流體傳遞等方面進行了基礎研究和工程技術應用。參考資料：http://chemeng.dlut.edu.cn/info/1039/11798.htm
在線客服
快速發布
我的店鋪
我的化學加
我的消息
我要充值
回到頂部
