超分子化学领域的拓荒人——佟振合院士


来源:中国粉体网   文正

[导读]  已经年过八旬的佟振合院士依然奋斗在科研一线,他多年躬耕不辍,育得桃李满园,为学科交流和人才成长倾注大量心血,为我国的科研事业做出了杰出贡献。

中国粉体网讯  



佟振合院士


佟振合院士,有机化学家,曾任中国科学院感光化学研究所所长。现为中国科学院理化技术研究所研究员、学术委员会主任、中国化学会光化学委员会主任、亚洲光化学会理事以及《J.Photosci.》《J.Photochem.Photobiol.C:Photochem.Rev.》《Chem.AsianJ.》《J.Phys.Org.Chem.》等刊物的国际编委。佟振合院士多年从事超分子体系中的光诱导能量传递、电子转移和化学转换的研究,在微反应器控制光化学反应的选择性、超分子体系中的光诱导电子转移和能量传递、疏水疏脂作用驱动形成分子簇集体、太阳能光催化分解水制氢等方面取得一系列创新性成果。


打开超分子光化学的大门


佟振合出生于山东省济宁市梁山县,1958~1963年,佟振合在中国科学技术大学高分子化学和物理系攻读学士学位,毕业后留校任助教。1974年,佟振合调入中国科学院感光化学研究所任助研。1979~1983年,佟振合在美国哥伦比亚大学攻读博士学位。1983年回国后,佟振合历任中国科学院感光化学研究所副研究员、研究员,1999年当选为中国科学院院士。


年轻时的佟振合院士


佟振合院士是中国光化学领域的主要学术带头人之一,上世纪80代初,他将超分子化学的概念引入中国,并积极推广。佟振合院士主要从事有机光化学研究,涉及光化学反应中的微环境反应、疏水-亲脂作用对光化学和光物理过程的影响、光诱导电子转移和能量传递等方面。他利用超分子体系作为微反应器,在高底物浓度条件下高选择性地合成大环化合物提出在烯烃光敏氧化中得到单一类型的氧化产物的新方法。他提出疏脂性的概念并证明其存在。他研究了用硬链段连接的给体-受体分子内远程电子转移和三重态能量传递,用光化学和光物理相结合的方法为通过“化学键”进行电子转移和能量传递提供了成功的例证,解答了困扰学术界多年的难题。他在1992年荣获中国科学院自然科学奖二等奖,2003年荣获何梁何利基金科学与技术进步奖,2005年荣获国家自然科学奖二等奖。佟振合院士是我国光化学领域的奠基人之一,也是我国超分子化学领域的拓荒人之一。


佟振合院士(左一)荣获何梁何利奖


在多个方面取得重要成果


佟振合院士在微反应器控制光化学反应的选择性、超分子体系中的光诱导电子转移和能量传递、疏水疏脂作用驱动形成分子簇集体、太阳能光催化分解水制氢等方面取得重要成果。


(1)微反应器控制光化学反应的选择性


合成化学是化学的核心,一个好的合成反应应该具有高选择性,在温和条件下进行,具有原子经济性、高效率、高经济性,尽可能减少对环境的污染,其中高选择性是核心。佟振合院士在上世纪80年代初率先在国内开展光化学反应的微环境效应研究,证实许多溶液中产物复杂的化学反应在微反应器中可以得到单一产物,提出利用分子聚集体或多孔材料的孔腔和界面为微反应器,提高光化学反应的选择性。例如利用多孔固体的孔腔仅可容纳一个双官能团分子的特点,促进分子内反应,抑制分子间反应,在底物浓度很高的条件下,高选择性地合成了大环化合物,解决了大环合成必须在底物浓度很稀溶液中进行的难题,对有机合成化学是一重大贡献。再如,烯烃光敏氧化反应在均相溶液中通常得到单重态氧和超氧负离子两种类型氧化产物的混合物,反应选择性很低。佟振合院士利用微反应器所提供的孔腔和界面,或者将底物和敏化剂隔离,或者将底物和敏化剂置于同一微反应器,按意愿控制反应方向,生成单一单重态氧氧化产物或超氧负离子氧化产物,开创了提高烯烃选择性氧化的新途径。光化学反应的立体化学控制始终是合成化学的挑战,佟振合院士利用手性微反应器成功提高了多个光化学反应的非对映选择性、对映选择性,得到单一的对映异构体。


(2)超分子体系中的光诱导电子转移和能量传递


几乎所有的光电功能材料和器件的工作原理都不可避免地涉及光诱导电子转移和能量传递。按照传统观点,电子转移和三重态能量传递要求给体和受体相互靠近,以使电子云相互重叠,当给-受体距离超过其范德华半径之和时,电子转移和三重态能量传递不能发生。佟振合院士巧妙利用天线基团吸收光能敏化远距离受体发生化学反应,在国际上较早利用光化学和光物理相结合的方法研究分子内远程电子转移和能量传递,证实给-受体间距大于其范德华半径之和,电子转移和三重态能量传递仍能有效进行,利用稳态和时间分辨技术测定了远程电子转移和能量传递的效率、速度和动态学,阐明了通过“空间”、“化学键”或“氢键”进行的电子转移和能量传递的机制,为理解光电材料的工作原理及设计新型的光电材料和器件提供了依据。


(3)疏水疏脂作用驱动形成分子簇集体


疏水作用在分子聚集体和生命细胞的形成中发挥着重要作用。有机分子在有机-水混合溶剂中发生簇集或自绕曲现象是体现疏水作用最简单的模型。佟振合院士通过研究荧光标记非极性分子在有机-水混合溶剂中的光化学和光物理行为,揭示了疏水作用在形成分子簇集体中的关键作用。他进一步利用稳态、瞬态光谱技术以及化学反应的方法首次证实疏脂作用的存在:即极性长链分子在非极性溶剂中受疏脂作用驱动簇集或自绕曲。这是一项在概念上有突破性意义的研究结果。在这类分子簇集体中,首次观察到萘衍生物的三重态激基缔合物磷光,详尽论证其构型和单重态激基缔合物不同,为三重态激基缔合物的存在提供了光谱证据。


(4)太阳能光催化分解水制氢


能源是人类社会赖以生存的基础,大规模开发利用化石能源引起气候变化、生态破坏等严重环境问题。开发利用清洁可再生资源刻不容缓、势在必行。氢能量密度高、清洁环保、使用方便,在燃烧时只生成水,不产生污染物,被认为是一种理想的能源载体。利用廉价、清洁、无污染的太阳能制氢具有重大的社会和经济效益。佟振合院士首次提出以有机化合物为氢载体光催化制氢的新路线,成功实现了均相溶液中制取氢气,光催化制氢的量子效率高达40%。近年来在模拟光合作用实现太阳能光催化分解水制氢的研究取得了突破性进展。作为光化学领域的开拓者,佟振合院士身体力行,竭力推动太阳能转化为化学能并以氢气形式储存的基础和应用研究,为实现这一造福人类的事业登攀。


如今已经年过八旬的佟振合院士依然奋斗在科研一线,他多年躬耕不辍,育得桃李满园,为学科交流和人才成长倾注大量心血,为我国的科研事业做出了杰出贡献。


参考来源:

吴骊珠.庆祝佟振合先生八十华诞暨执教五十四周年专刊-前言

他将超分子化学引入中国,年过八旬依然奋斗在科研一线.科技日报

打开超分子光化学的大门——佟振合院士纪事.中国科学院理化所


(中国粉体网编辑整理/文正)

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