近日，我校化学化工与资源利用学院贾涛副教授、赵修华教授团队在能源转换材料设计与应用技术领域中取得重要进展，在国际期刊《Adv. Funct. Mater.》（IF=18.808，JCR Q1 Top期刊）、《Chem. Eng. J.》（IF=13.273，JCR Q1 Top期刊）、《J. Mater. Chem. A》（IF=12.732，JCR Q1 Top期刊）和《J. Mater. Chem. B》（cover paper，IF=6.331）上相继发表了题为“Donor-Acceptor Type Organic-Small-Molecule Based Solar Energy-Absorbing Material for Highly Efficient Water Evaporation and Thermoelectric Power Generation”、“Recent Advances in the Development of Near-Infrared Organic Photothermal Agents”、“A Highly Efficient Organic Solar Energy-Absorbing Material Based on Phthalocyanine Derivative for Integrated Water Evaporation and Thermoelectric Power Generation Application”和“All-in-One”Strategy Based on Organic Molecule DCN-4CQA for Effective NIR Fluorescence Imaging guided Dual Phototherapy”的研究论文。这四项研究基于高效有机光热材料的设计原理分别研制了共轭平面型和电子给-受体（D-A）型材料，提出了构建新型能源转换材料的设计思路，并应用于海水淡化、温差发电及疾病治疗领域，展示了有机光热材料在新一代能源器件和疾病治疗方面巨大的优势和应用前景。
有机小分子光热材料作为太阳能吸收材料，可以在水蒸发过程中收集余热发电，为实现光热水蒸发和热电发电的多功能器件的研制提供了可能。具有D-A结构的有机共轭分子可以通过有效的电子离域作用在很大程度上红移吸收光谱。此外，共轭刚性平面结构有助于聚集体的π-π叠加，从而进一步拓宽吸收光谱。根据能隙定律，由此产生的小能隙可以促进非辐射衰变产生热量。因此，开发具有D-A结构和共轭刚性平面骨架的有机小分子对高效地将太阳能转化为热能用于高性能的水-电联产器件至关重要。
为了进一步增加受体吸电子能力和分子共轭刚性平面骨架，作者将二苯并[f,h]喹恶啉和蒽醌单元融合在一起，得到了具有共轭刚性平面骨架的新型强吸电子基团二苯并[a,c]萘醌[2,3-h]酚嗪-8,13-二酮(PDN)，进一步以PDN为受体，以双二苯胺(DPA)为给体，合成了具有D-A结构和共轭刚性平面骨架的新型有机小分子DDPA-PDN。DDPA-PDN在固体状态下具有300 ~ 850 nm的宽吸收光谱，有助于高效的太阳能捕获。正如预期的那样，在655 nm激光照射下，DDPA-PDN表现出了高效的光热转换，转换效率高达56.23%，在太阳能驱动下具有良好的水-电联产特性。
酞菁(Pc)及其衍生物是具有聚吡咯大环骨架(18 π电子)的经典多环共轭化合物，其结构类似于叶绿素的结构，具有高的光、热稳定性和高摩尔消光系数。我们合成了新型酞菁衍生物4OCSPC，固体具有300-1000 nm的强吸收光谱，太阳能光热转换效率为17.3%。然后将4OCSPC负载到多孔聚氨酯(PU)泡沫中，构建有效的太阳能蒸发系统。由4OCSPC和PU泡沫组成的界面加热水蒸发系统具有显著的特点:高效的太阳能吸收、高光热转换效率、优异的隔热性能和优越的孔隙性能，可促进水的快速注入、输送和蒸发。
研究以经典的有机光电材料喹吖啶酮(QA)为原料，通过简单的合成方法，获得了具有双功能光疗和近红外荧光特性的诊断和治疗用“一体化”功能材料二氰取代5,12-二丁基喹吖啶酮(DCN-4CQA)。在4CQA上修饰较强的吸电子-CN基团，增强其分子内电子转移特征，使吸收带进一步向近红外区移动。以Pluronic®127 (F127)为载体制备了智能水溶性纳米粒子DCN-4CQA/F127，所制备的纳米粒子不仅很好地保留了小分子优异的性能且在近红外激光照射下具有良好的生物相容性、良好的光稳定性、高的光热转换效率(η = 47.3%)和足够的1O2生成(ΦΔ= 24.3%)。在实现安全、高效、准确的癌症治疗方面具有良好的应用潜力。
团队综述了近红外有机光热材料（PTTAs）用于光热治疗（PTT）的研究进展及其作为光热转换材料在荧光成像、协同治疗等方面的应用，系统地回顾了关键的设计策略。近年来，近红外吸收PTTAs以其独特的理化性质在癌症等疾病治疗中表现出极大的优势。团队讨论了PTT在癌症治疗过程中的机遇和挑战，特别是关于它们的临床应用。基于有机功能光热试剂的PTT由于其独特的副作用小、疗效高等优点，将在对抗癌症中发挥越来越重要的作用。本文中对近红外有机PTTAs从具体结构到功能应用的总结，将为高性能PTTAs的设计提供一个新的视角。
东北林业大学化学化工与资源利用学院贾涛副教授、赵修华教授为论文的通讯作者，吉林大学超分子结构与材料国家重点实验室李成龙副教授为论文的共同通讯作者，同时特别感谢吉林大学超分子结构与材料国家重点实验室王悦教授的悉心指导。东北林业大学化学化工与资源利用学院2018级硕士研究生李露、2019级硕士研究生韩雪和2020级硕士研究生柳晶为论文的第一作者。该研究得到了国家自然科学基金、黑龙江省自然科学基金项目、中国博士后基金和黑龙江省头雁计划研究经费的资助。
论文链接：https://onlinelibrary-wiley-com-443.webvpn.nefu.edu.cn/doi/10.1002/adfm.202106247
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