三重态-三重态湮灭（triplet-triplet annihilation）是汇集两个可见光光子能量并产生更高能量光子的最重要的方法，但是目前这种过程只有在有机溶剂中，应用受到局限，通过Ir光催化剂和萘之间配合作用，巴塞尔大学Oliver S. Wenger、哥德堡大学Christoph Kerzig等实现了在水溶液中通过蓝光照射，通过上转换过程产生了达到~4 eV的单重态。这种单重态的反应性非常高，并且可能应用于三重态难以进行的光还原反应。尤其是作者发现该种过程实现了蓝光切断Ar-Br化学键，同时使用LED光实现了对persistent ammonium的降解。本文的发现说明了低能量光源能够通过上转换过程生成高能量的光，并进行难度较高的光催化反应过程，本文为光的相关应用的发展提供了可行的方法和相关经验。

本文要点：

（1）通过Ir(ppy)₃光催化剂上的芳环上引入硫酸根SO₃^-，形成水溶性的Ir光催化剂，同时加入光子上转换剂NDS（1，5-二磺酸萘）。Ir(sCH₂ppy)ppy₂，Irsppy，IrFsppy，IrdFsppy几种Ir光催化剂的三重态能量分别为2.5 eV, 2.65 eV, 2.76 eV, 2.81 eV，三重态寿命分别为1560 ns, 1625 ns, 2165 ns, 2110 ns。测试光催化剂和上转换剂的配合作用，分别对NDS1, 5-二磺酸萘，羧酸化的naproxen（NPX）进行测试，结果显示NDS有较好的效果，可能在蓝光-UV光上转换中起到作用，显示了3.87 eV的激发，并且寿命为7.1 ns。其中NDS的三重态能量为2.58 eV。

（2）在水溶液中的上转换情况。该体系中NDS/IrFsppy系统的上转换量子产率为~0.07 %，NDS/Irsppy体系的量子产率~0.05 %，这个结果证明了通过三重态-三重态湮灭过程产生在水溶液中的上转换过程是可行的，并且这个体系中的上转化效率比之前报道的有机溶液中转化效率最高的体系中更高。在切断4-溴-2-氯-5-氟苯甲酸盐分子中的C-Br化学键的光反应中展现了~100的转化数，同时annihilator对应的转化数达到~15。该反应中通过0.1 mM Irsppy和10 mM NPX，在0.5 W 蓝光照射2 h后，实现了以63 %的效率还原C-Br为C-H。对苄基三甲基氯化铵降解反应进行测试，结果显示在23 h实现了对10 mM苄基三甲基氯化铵的完全降解。

参考文献

Björn Pfund, Debora M. Steffen, Mirjam R. Schreier, Maria-Sophie Bertrams, Chen Ye, Karl Börjesson, Oliver S. Wenger*, Christoph Kerzig*

UV Light Generation and Challenging Photoreactions Enabled by Upconversion in Water，J. Am. Chem. Soc. 2020

DOI：10.1021/jacs.0c02835

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c02835