分子三重态在光催化有机合成，光动力学疗法，太阳能转换，氧气传感和光子上转换等过程中都起到重要的作用。分子通过系间穿越（intersystem crossing, ISC）的方式产生三重态是最常见的情况，但是由于系间穿越过程涉及到电子自旋翻转，因此速率通常较低（kISC~108 s-1）。在这个时间尺度上，内转换、荧光发射等激发态弛豫方式通常会和系间穿越相竞争进而影响分子三重态产生的效率。
由于系间穿越过程满足角动量守恒定律，因此通过轨道角动量的变化有可能带动自旋角动量变化，将有利于实现电子自旋翻转，提高系间穿越的效率。当分子内电荷转移态处于特定构型时候，电荷重组过程可以实现轨道角动量的巨大变化，因此将电荷转移态引入到系间穿越过程作为中间态有望显著提高三线态生成效率。
在之前的工作中，华东师范大学陈缙泉课题组利用螺共轭体系发展了系间穿越的新材料，通过精确调控分子内电荷转移态的能级，实验中发现系间穿越速率尝试高达~1011 s-1。这是由于在整个分子激发态弛豫过程中，电子给体和受体始终保持严格垂直，一方面使得荧光共振能量转移受到抑制；另一方使得电荷复合过程中，可以最大程度产生轨道角动量改变，从而促进自旋翻转和系间穿越。 在此工作基础上，华东师范大学陈缙泉课题组与华东理工大学杨有军课题组以及西班牙Donostia 国际物理中心David Casanova课题组合作，通过减小两个相互作用轨道之间的能隙，进一步增强螺共轭材料的电荷转移态性质，设计了一系列新型螺共轭化合物 (SCT) 来提高三线态的生成效率。通过改变溶剂极性和取代基调控分子内电子转移态能级，可以有效地抑制其它激发态弛豫途径，实现接近100%的三重态量子产率，并且进一步在细胞实验中证明这类化合物具有很好的光毒性，能够作为潜在的三重态光敏剂。 该工作充分体现了物理与化学学科的交叉，提供了一种新型纯有机分子三重态敏化剂的设计思路。 论文信息： Near-Unity Triplet Generation Promoted via Spiro-Conjugation Meng Lv,Xicun Lu,Yanrong Jiang,María E. Sandoval-Salinas,David Casanova,Haitao Sun,Zhenrong Sun,Jianhua Xu,Youjun Yang,Jinquan Chen Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202113190
