陕西师范大学房喻教授团队：薄膜光敏剂——高效光敏化单线态氧生产
陕西师范大学房喻教授团队设计合成了一种新型螺芴-苝酐二联体，以其为活性物质制备的薄膜展现了很高的光敏化产生单线态氧活性，并成功用于杀菌。基于此，搭建了概念性薄膜基光敏剂使用装置。
作为一种重要的活性氧物种，单线态氧因高生物活性、强氧化性等特点在精细有机合成、水体清洁及光动力治疗等领域具有广泛应用。单线态氧有多种产生方式，目前最有效且可控的方法是基于光敏剂的三重态能量转移产生单线态氧。因此，光敏剂的性能对单线态氧产生效率至关重要。目前为止，聚吡咯配位化合物是最常用和研究最多的光敏剂。但这些光敏剂通常以溶液或悬浮状态使用，很少在固态应用。另外，光化学稳定性差和可见光吸收效率不理想也进一步限制了其实际应用。因此，开发高性能、固态可用的光敏剂具有重要意义。
房喻教授课题组一直致力于荧光敏感薄膜材料的创制、传感薄膜的器件化以及薄膜器件的阵列化应用等研究工作，发展了一系列荧光敏感薄膜材料，并将其应用于荧光传感器和探测设备的创制等方面。在本工作中，他们结合在荧光敏感薄膜材料创制工作中积累的经验，设计合成了非平面螺芴-苝酐二联体，并对其基本光物理性质及薄膜态下单线态氧产生效率进行了系统的研究（图1）。
实验表明，非平面结构螺芴的引入有效避免了聚集诱导猝灭效应，使该分子具有良好的固态发光性质，且在不间断光照下仍保持良好的光化学稳定性，这为其在薄膜态应用奠定了基础。进一步研究表明，光照条件下该薄膜可以高效催化氧气分子活化和单线态氧的产生，由此实现了薄膜态光照杀菌。
机理研究表明，非平面结构的存在为制备富含“分子通道”的荧光薄膜奠定了基础，有效解决了氧气分子活化中必须面对的高效传质问题。与常规光敏剂相比，薄膜基光敏剂具有可重复使用、无污染和易于器件化等诸多优势。而且，即使以微型、价格低廉的LED灯为光源和薄膜衬底，也可以实现单线态氧的高效生产（图2）。这一概念性装置有望在光动力治疗（PDT）、水体净化、杀菌防腐等方面得到应用。
图2 薄膜光敏剂——高效光敏化单线态氧生产
该研究结果近期在线发表于SCIENCE CHINA Chemistry。论文第一作者为陕西师范大学硕士研究生徐文君，通讯作者为房喻教授。详见：Xu W, Qi Y,Zhou K, Wang Z, Wang G, He G, Fang Y. A New Spirofluorene-based Nonplanar PBI-dyad and Its Utilization in the Film-based Photo-production of Singlet Oxygen. Sci. China Chem., 2020, DOI:10.1007/s11426-019-9676-y.
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作者简介
房喻，陕西省西安市人，英国Lancaster大学高分子物理化学专业哲学博士，中国化学会常务理事，陕西省化学会名誉理事长，陕西省科普作家协会理事长，中国化学会应用化学学科委员会副主任，Langmuir顾问编委，《物理化学学报》、《应用化学》等杂志编委。兼任国家教材委员会委员，国家高中化学课程标准修订组组长，国家义务教育化学课程标准修订组组长。先后获得全国优秀教师、全国五一劳动奖章、全国先进工作者和国家级教学名师等称号。
长期从事薄膜基荧光传感和分子凝胶研究工作，先后主持863目标导向、重大科学仪器专项、国防973课题、重点国际合作等项目30余项。主持研制的隐藏爆炸物荧光气相探测仪和毒品荧光探测仪实现了工业生产和规模销售。在Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Adv. Mater.等刊物发表论文240余篇，获授权发明专利38项。作为主持人先后获得陕西省科技成果一等奖3项，二等奖1项，获中国化学会胶体与界面化学专业委员会中国软物质研究杰出贡献奖，宝钢教育基金会宝钢优秀教师特等奖提名奖。