量子相干态的二维电子光谱测量的原理、应用和发展

二维电子光谱是一种同时具有高的时间分辨率和光谱分辨率的非线性光谱学方法.它不仅可以对凝聚相分子复杂动力学过程进行直接测量,还可以测量不同电子态、电子态-振动态之间的量子相干过程.2007年,Flemming课题组利用二维电子光谱于低温77 K的条件下在捕光天线蛋白Fenna-Matthews-Olson中发现了能量传递过程存在量子相干现象.尽管后续的实验研究表明,该体系中实验观测到的量子相干现象不可能是由单纯的电子态相干引起的,然而这一实验现象的报道极大地激发了人们对天然或人工模拟光合系统中存在量子相干传能途径的探索,目前还是一个相当活跃的研究领域.本文旨在通过介绍二维电子光谱学原理、装置及其在光合作用体系能量传递中量子相干现象的应用,使二维电子光谱这种实验方法能够在更多的研究领域得以普及与推广.

超快二维电子光谱与激发态动力学(特邀)

超快二维电子光谱是一种用于探测激发态动力学的重要手段,由于其具有时间分辨力高、可探测均匀展宽与非均匀展宽、可提供丰富的相干动力学信息等特点,近年来被广泛应用于光合作用、光伏电池材料、量子点与二维材料等的动力学研究中。本文从傅里叶变换光谱、瞬态光栅等与超快二维电子光谱紧密相关的基本概念出发,简要阐述超快二维电子光谱的基本原理。通过例举二维电子光谱在光合作用蛋白与光伏电池材料的应用研究,介绍二维光谱的特色以及应用范围。最后,对二维光谱研究存在的挑战以及未来研究方向进行探讨。

重组别藻蓝蛋白的超快能量传递过程

藻胆体是红、蓝藻特有的光合作用捕光天线复合物。别藻蓝蛋白(APC)是组成藻胆体高效能量传递的核心结构的主要成分。本文以基因重组的别藻蓝蛋白(rAPC)的单体和三聚体为材料,通过稳态光谱、圆二色光谱以及超快时间分辨光谱研究了rAPC的结构构象和能量传递过程。结果表明,rAPC在测试条件下能保持和天然APC一致的光谱特性和活性构象;rAPC单体组装成三聚体后,其α^(84)PCB和β^(84)PCB可以组成激子色素对,通过激子分裂提高三聚体的能量传递效率;超快时间分辨光谱结果显示,在rAPC三聚体中,能量从620 nm传至650 nm的时间为300~600 fs,同时存在着19 fs的激子态的电子退相干过程。这些结果为揭示藻胆体的高效能量传递机制提供了数据基础。