太太人造光合作用的隐藏过程由太赫兹波透露

时间：2021-08-26 14:52:07 来源：

图1。设置时间分辨的太赫兹衰减全反射（TR-ATR）光谱。

大阪大学的研究人员团队与东京工业大学合作，直接观察到人工光合作用的电荷转移和分子间相互作用，这些光合作用在皮秒（PS）量表（10-12）。随着时间分辨的衰减总反射（TR-ATR）光谱在太赫兹（THz）区域中，它们揭示了人造光合作用材料的过程[Re（CO）2（BPY）{P（OET）3} 2]（PF6）在三乙醇胺（TEOA）溶剂作为还原剂。他们的研究结果出版在科学报告中。

与太阳能电池相比，以从碳氧化物（CO2）和光产生化学能的人造光合作用或光催化反应是，与太阳能电池相当，是一个明显的下一代清洁能量。特别地，使用铼（RE）配合物的光催化反应是高效的。为了产生高效的光催化分子，有必要检查光催化反应如何在皮秒时拍摄。然而，不可能直接观察光催化反应中的各种现象。

研究人员试图通过使用时间分辨的衰减的总反射（TR-ATR）光谱来获得关于分子和电荷传递的相对位置变化的信息。吸收光的光催化分子有助于CO 2降低到CO，使其成为更高的能量水平。他们检查了从还原剂TeoA转移到光催化反应中的费用。

因为使用THz波，其频率低于可见光和红外光的波浪，所以在THz（低频）区域中的分子间振动（即两个相邻分子之间的结合能量）的变化显示，这允许一个到观察重复复杂移动周围的TeoA分子以及如何发生电子转移。

图2。从I至III的颞展管的示意性Ps，光催化剂[Re（Co）2（BPy）2（Bpy）3} 2] +作为光催化剂和TeoA分子作为还原剂的相互作用。

然而，由于光催化研究中使用的大多数溶剂在THz区域具有高吸收强度，因此难以观察到TEOA溶剂中的重新溶解。因此，团队组合衰减的总反射光谱和THz时域光谱，在THz区域进行TR-ATR。（图1）

另外，为了进行超快时间分辨测量，它们将泵探针光谱与TR-ATR组合，观察到TEOA分子如何移动以及在光催化反应期间的PICOSECOND-SCATE少量级别发生电子转移。在泵探针光谱中，具有400nm的波长的泵脉冲激发样品，然后探测脉冲（THz脉冲）用于探测样品在可调节的延迟时间之后。结果，它们能够在照片激励后的微微秒级尺度上用三步松弛过程揭示分子间振动模式：

直到9 ps，由于光吸收，重复复合的温度急剧增加，从重新吸收到TeoA分子的热传递，并将激发态被冷却。（图2（i））从10至14 ps中，通过Teoa分子的旋转降低了TeoA分子和Re离子之间的距离。（图2（ii））14 ps后，从TEOA进行电荷转移到重新发生。这些带正电荷分子之间的距离由排斥的库仑力达成，分离它们。（图2（iii））

来自大阪大学的Kimura教授说：“使用THZ光让我们观察还原剂在光催化反应中的作用。THZ区域的TR-ATR光谱有助于开发高效的光催化反应。通过光谱观察两个分子和电荷动力学之间的相对运动将有助于生物学和化学领域的各种反应过程研究。“

参考：[Re（CO）2（BPY）2（BPY）3} 2]（PF6）在TEOA溶剂中通过时间分辨减弱的全反射Terahertz Spectroscopy，Hiroshi Watanabe，Yusuke Tamaki，Osamu Ishitani和2019年8月13日的Shin-Ichi Kimura，科学报告.DOI：
10.1038 / s41598-019-48191-4

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