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界面电荷复合过程的研究有助于提高人工光合模拟系统的效率，如光催化反应及染料敏化TiO2纳米晶太阳能电池等。染料敏化TiO2纳米晶太阳能电池是一种接近实用的高效光电转化器件，提高染料敏化太阳能电池的光电转换效率有着重要的意义。然而界面电荷复合过程十分复杂，可控性差，国际上对其机制的了解也相对不够深入。在此基础上，我做出了以下几方面工作：
1.以视黄酸(all-trans-retinoicacid，简称ATRA)吸附的TiO2纳米胶体溶液为研究系统，发展了研究胶体溶液中TiO2纳米粒子表面特性的瞬态分子探针方法，第一次用瞬态分子探针法研究了纳米颗粒尺寸效应对羧基在TiO2纳米晶体表面键合形态影响。用纳秒时间分辨光谱研究染料敏化不同溶剂中二氧化钛体系的电荷复合速率，证明其尺寸效应与表面键合态及Ti原子配位数之间存在的关系。这一研究有助于揭示界面电荷转移过程的微观机理，探索提高光电转换效率的新途径。
2.用瞬态分子探针法研究了发生在视黄酸分子ATRA敏化在不同溶剂中单个TiO2界面上的电荷复合过程。用Marcus公式定量地描述了ATRA敏化TiO2体系的界面电荷复合速率，解决了国际上对Marcus公式的应用一直存在的困扰。发现并阐明了TiO2纳米粒子胶体光致亲水、疏水变换的分子机制，首次定量阐明了该现象与Marcus重排能间的关系。探针分子ATRA在我们的研究中不仅可以作为探测TiO2纳米粒子光致亲疏水性的探针，还可以作为探测重排能变化的探针分子。
3.应用上述瞬态分子探针法研究反向胶束中TiO2纳米粒子的界面电荷复合速率，发现随着水含量的变化界面电荷复合速率发生改变。研究了反向胶束中TiO2纳米粒子界面电荷复合过程重排能与反向胶束中水团大小的相关性，为深入研究界面溶剂分子的排列提供了新的实验依据。
4.应用时间分辨飞秒瞬态光谱定量研究了光合细菌外周天线捕光蛋白与纳米粒子相互作用诱导的膜蛋白结构畸变，发现光合天线膜蛋白与负电荷球形纳米粒子的静电作用呈现尺寸效应，得出了蛋白质与纳米粒子尺寸匹配畸变最大的结论，对理解纳米粒子尺寸相关的毒性提供了一种可能的微观机制。