Coordin Chem Rev：通過延長過渡態壽命實現低功率非相干光致雙光子吸收

多光子吸收材料在深層腫瘤治療、高時空分辨率生物成像、精密微納制造、光學數據存儲、高頻上轉換激光和光限幅等領域有廣闊的應用前景。傳統的雙光子吸收要求分子或材料在吸收一個光子到達虛擬態的極短時間內（飛秒級別）吸收第二個光子，因此需要使用超高功率密度的飛秒脈沖激光器。為了打破這一應用壁壘，關鍵方法是延長雙光子吸收中中間態的壽命。近期研究發現染料分子的單電子還原態（例如自由基陰離子）和三重激發態有相對較長的壽命（微秒~毫秒級別），將其作為雙光子吸收的過渡態可以在低功率非相干光（例如太陽光）照射下實現雙光子吸收。

圖1.傳統雙光子吸收和低功率非相干雙光子吸收的區別。(a)虛擬態為中間態的傳統雙光子吸收過程和(b)過渡態為中間態的低功率非相干雙光子吸收過程的簡化能級圖。(c)不同中間態的壽命和相應的雙光子吸收過程所需的激發光強度。（圖片由作者提供）

近日，南開大學卜顯和院士課題組在Coordination Chemistry Reviews雜志上發表了題為"Low-power, non-coherent light-triggered two-photon absorption via extending the lifetime of the transition state" 的綜述文章，詳細介紹了低功率非相干光激發的雙光子吸收的兩種典型機制，即以單電子還原物種為過渡態的連續光致電子轉移（ConPET）和以分子三重激發態為過渡態的三重態-三重態湮滅上轉換（TTA-UC）。

圖2.兩種典型的低功率非相干雙光子吸收過程的雅布隆斯基能級圖。(a)以單電子還原態為中間態的ConPET過程。PC：光催化劑；ED：電子供體；S：底物；SET：單電子轉移。(b)以三重激發態為中間態的TTA-UC過程。Sen：光敏劑；An：湮滅劑；ISC：系間竄越；TTET：三重態-三重態能量轉移；TTA：三重態-三重態湮滅。（圖片由作者提供）

圍繞ConPET和TTA-UC，本綜述首先分別介紹延長單電子還原物種與分子三重激發態壽命的方法；其次，重點強調了利用金屬有機框架（MOF）材料調節染料分子聚集方式，抑制中間態發生聚集猝滅與氧猝滅的具體策略；然后詳細介紹ConPET和TTA-UC過程在光氧化還原催化、光聚合、3D打印、深層癌癥治療、生物成像和生物傳感等方面的應用，展示低功率非相干光響應的雙光子吸收分子（材料）的獨特性與優越性；最后對低功率多光子吸收領域存在的挑戰和未來的發展方向進行展望，并提出了可能的解決方案。

圖3.本綜述介紹的主要內容。（圖片由作者提供）

作者團隊簡介

卜顯和，中國科學院院士，南開大學教授，博士生導師。兼任中國化學會常務理事，中國晶體學會理事，無機化學學科委員會委員等。擔任《中國化學快報》、《高等學校化學學報》、《中國科學：化學》、Chemical Society Reviews副主編，《中國化學》、《無機化學學報》、《結構化學》、《科技導報》、《應用化學》、Dalton Trans.、Aggregate、Natl. Sci. Rev.等期刊編委或顧問編委。長期從事功能配合物化學研究，在配位聚合物的功能導向構筑、結構調控及性能研究等方面取得了系統成果，在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Nat. Commun.等期刊發表學術論文600余篇；主編《配位聚合物化學》專著一部，副主編《配位化學》教材一部，參編其他專著與教材6部。以第一完成人獲2014年度國家自然科學二等獎、2018年度天津市自然科學特等獎、2002及2011年度天津市自然科學一等獎等獎項。

曾樂，助理研究員，南開大學材料科學與工程學院博士后。大連理工大學應用化學專業本科，2018年博士畢業于大連理工大學無機化學專業，大連理工大學張大煜學院和美國麻省大學醫學院聯合培養博士后。2023年入選國家資助博士后研究人員計劃（B檔）。主要從事固體光化學研究，研究內容聚焦于“如何構建長壽命能級”實現太陽光驅動的雙光子光化學反應。以金屬有機框架為平臺首次實現了非均相體系中藍光驅動的鹵代烴的雙光子光還原；利用金屬有機框架的限域空間增強電子給受體的弱相互作用，首次將有機共晶的雙光子光熱效應應用于小鼠乳腺癌治療；發展了活體內的“三重態湮滅介導的雙光子光化學”，實現了高時空分辨的目標分子或細胞信號通路的精準調控。主持國家自然科學基金面上項目和青年科學基金項目以及博士后科學基金面上項目，并參與了國家自然科學基金重大項目、重點項目、國際合作重點項目。作為第一作者或通訊作者在Nature Commun.（2）, J. Am. Chem. Soc.（1）, Angew. Chem. Int. Ed.（2）等國際高水平刊物上發表SCI論文11篇。

李娜，南開大學化學學院特聘副研究員。2018年于南開大學取得博士學位（導師：卜顯和 教授），隨后繼續在同一課題組從事博士后研究工作，2022年就職于南開大學化學學院。主要從事配位聚合物化學研究，在功能多孔能源材料的構筑和結構性能調控等方面取得創新性研究成果。以第一或通訊作者在Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.、CCS Chem.、Adv. Funct. Mater.、Adv. Sci.等期刊發表SCI論文28篇，總引用超1000余次。參編《配位聚合物化學》專著第6、7、45章；獲中國發明專利授權4項，申請2項，轉讓2項。主持國家自然科學基金面上項目（在研）、國家自然科學基金面青年項目、天津市自然科學基金青年項目、博士后基金等；作為研究骨干參與國家自然科學基金重點項目等。

龐建東，南開大學材料科學與工程學院特聘研究員，博士生導師。入選國家高層次青年人才計劃，主要從事高穩定晶態多孔框架材料的設計合成、結構調控和性能研究。近年來，以第一或通訊作者身份在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Nat. Commun.、CCS Chem.等國際重要學術期刊發表論文20余篇。曾獲中國科學院優秀博士學位論文、中國科學院院長優秀獎等榮譽和獎勵。應邀擔任Chin. J. Struct. Chem.和Chin. Chem. Lett.青年編委。

王翔宇，南開大學學士，南開大學碩士研究生在讀，師從卜顯和院士。主要研究方向：低功率非相干雙光子吸收MOF的構筑和性質研究；近紅外到紅光的上轉換體系的構建和應用；手性MOF的合成與光催化研究。

原文標題：Low-power, non-coherent light-triggered two-photon absorption via extending the lifetime of the transition state

作者：Le Zeng, Xiang-Yu Wang, Na Li*, Jian-dong Pang, and Xian-He Bu*

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ccr.2024.215868