中国科学家通过红外光上转换实现高效的太阳光合成

中国科学院大连化学物理研究所发布消息称，该所吴凯丰研究员团队近日在量子点光化学研究中取得重要进展。团队率先实现了低毒性量子点敏化的近红外至可见上转换，并将该体系与有机光催化融合，实现了高效快速的太阳光合成。相关成果发表在《自然-光子学》上。

基于太阳光开展能源转化和工业生产，是解决全球能源危机的重要路径之一。太阳光中蕴含着大量的红外光子，红外光到可见光的上转换在能源、医学、国防等诸多领域具有重要意义。比如对太阳能电池而言，上转换能使器件可以有效利用阳光中大量的低能量红外光子，颠覆性地提升太阳能转换效率。然而，近红外光敏剂普遍效率较低或含有贵金属和有毒金属，相对廉价环保的高效近红外光敏剂仍有待开发。

据介绍，前期工作中，团队深入系统地研究了量子点敏化有机分子三线态的动力学机制，并探索了这些新机制在光子上转换、有机光合成等领域的初步应用。此次研究中，团队聚焦于铜铟硒(CuInSe₂)基近红外量子点，该类量子点相对绿色环保，可用于替代剧毒性的铅基近红外量子点。

此外，得益于近红外光子的有效利用和量子点的宽谱吸收特性，该上转换有机催化融合体系可在太阳光下高效快速运行。在室内窗台上几秒内即可实现丙烯酸酯的光诱导聚合。

“一个世纪以来，在阳光下进行有机合成是许多科学家的想法，但前期的探索主要局限于利用太阳光中的可见光子。”吴凯丰说，这项研究将太阳能合成的范围扩大到了阳光中丰富的可见光和近红外光子，将有力地推动光合成技术的发展。

吴凯丰表示，该工作不仅实现了低毒性量子点敏化的近红外至可见高效上转换，还发展了一种高效快速太阳光合成的新路径。这一交叉创新型研究成果对光化学和光合成技术的发展具有重要意义。