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光诱导的电子和能量转移过程普遍存在于自然界中，例如植物的光合作用。天然光合作用系统高效的光能转化效率激发了人们对光合反应中心的广泛研究。在过去的几十年中，人们仿照自然界的光合作用系统“设计”了系列光合作用反应中心模型化合物，用以模仿自然光合作用，特别是基于给体和受体的二元化合物。因为给体与受体部分之间的光致电子和能量转移过程和光能转化效率密切相关，所以弄清楚给-受体的二元化合物的激发态性质及界面处光诱导的电子和能量转移动力学对提升光能转化效率极其重要。
酞菁锌（ZnPc）和C60的分子复合物是研究最多的给-受体二元化合物之一。在ZnPc-C60络合物中，ZnPc一般充当给体，而C60充当受体。 光照后，在ZnPc中产生的激子，随后在界面处发生解离产生电荷分离态或者发生界面激发能转移。大量的实验研究发现，ZnPc-C60界面处的激发态性质和激发能转移和载流子动力学行为和给-受体的相对构型、界面连接基团性质息息相关，但是相关的微观机制仍然不清楚。
图1. 氧桥连接的ZnPc-C60络合物的不同键连方式。 近期，北京师范大学崔刚龙和方维海研究组、与美国科罗拉多大学丹佛分校王浩斌教授和四川师范大学刘向洋博士合作，采用课题组发展的基于含时密度泛函理论（TDDFT）的从头算非绝热动力学模拟方法和时间相关的密度矩阵分析方法，系统研究了氧桥连接的ZnPc-C60络合物的激发态性质和界面能量转移动力学。 研究表明，界面处的氧桥基团的键连方式对激发态性质有着显著的调控作用。如图1所示，C60和ZnPc之间存在两个不同的键连方式,一个位置是C60的五元环和六元环交界处，即56-bonding构型，第二个位置是两个六元环交界处，即66-bonding构型。两种不同的键连模式导致了迥异的激发态性质和界面间激发态能量转移动力学行为。56-bonding构型在ZnPc分子受激发后，激发态能量超快地转移到C60上，在这个过程中，具有电荷转移的中间激发态起着重要的调节作用。进一步的密度矩阵分析显示，在该能量转移过程中，电子和空穴的转移并非同步发生，而是先发生电子转移，然后空穴转移。相比较，66-bonding构型，由于ZnPc的激发态能量远低于C60的激发态能量，在实验中模拟的500飞秒时间尺度内，并未发生电子或能量转移。 模拟结果证实了不同的键连方式对ZnPc-C60络合物的激发态性质有显著的影响，可以调控激发态能量转移动力学行为，为深入研究类似的给-受体二元化合物的激发态性质及激发态能量转移和载流子动力学提供了重要的机理见解。 论文信息： Chemical Bonding as a New Avenue for Controlling Excited-State Properties and Excitation Energy Transfer Processes in Zinc Phthalocyanine-Fullerene Dyads Zi-Wen Li, Jia-Jia Yang, Xiang-Yang Liu, Wei-Hai Fang, Haobin Wang, Ganglong Cui Chemistry–A European Journal DOI: 10.1002/chem.202004850
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