在国家自然科学基金委、科技部和中科院的大力支持下，化学所分子反应动力学国家重点实验室的研究人员在分子内电荷转移激子相互作用方面取得新进展。研究成果发表在近期的美国化学会志（J. Am. Chem. Soc.，2009，131，5742－5743）上。

分子内（间）激子相互作用一般假设为生色团之间是静电偶极－偶极相互作用。但是当分子内含有电荷转移态时，由于分子构象和电荷对称性的复杂性，其电荷转移态之间的相互作用机理很难描述。最典型的一类电荷转移分子是目前广泛研究的超支化分子。过去人们在对超支化分子的大量理论和实验的研究中观察到增强效应、加和效应以及减弱效应等一系列相互矛盾的作用机理。同时宏观测量还认为在超支化分子内，分子在吸收激发光子时，激发能在分子内生色团间的去局域起主导作用，但是当超支化分子发出荧光光子时，发光仅仅局域于单个的分支基团。

分子反应动力学国家重点实验室的科研人员利用单分子光谱技术，选择二种典型的电荷转移分子D-pi-A（TOZ-2）和D-pi-A-pi-D（S-2）为模型分子，对发生在分子内电荷转移态之间的强（弱）耦合机理进行了详细研究。通过分析单分子荧光光漂白的动力学行为和相干长度的变化，发现TOZ-2分子内二个电荷转移态之间的相互作用表现为强相互作用和弱相互作用共存的行为，在强相互作用情形TOZ-2分子的荧光发射表现为去局域的单光子发射行为；而S-2中的分子内二个电荷转移态则表现为弱的相互作用。研究还指出导致这二个模型分子之间的相互作用的差别是来自分子构像的扭转无序和电荷转移态的对称性的差异。

这些模型电荷转移化合物的光物理特性的研究结果有助于解释过去人们在对超支化分子的大量理论和实验研究中观察到的一系列相互矛盾的机理。该工作进一步表明单分子光谱方法可以观察到在宏观测量中被掩盖了的现象。

图1. 模型化合物的分子结构、以及相应的吸收和荧光光谱:(a) S-2;(b) TOZ-2。

图2. （a）单分子的荧光强度随时间的变化；（b）单分子的荧光强度变化分布；（c）单分子的相干长度分布；（d）单分子的相干长度 与强度分布的关联图。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  分子反应动力学国家重点实验室

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　 2009年5月4日