揭示光催化: Kerzig团队的超快研究

        Dr. Christop Kerzig教授现任美因茨约翰内斯古腾堡大学（JGU Mainz）无机化学与光化学教授，并在该校化学系领导光化学Kerzig课题组。该团队坚信光化学是解决21世纪诸多挑战的关键，因此始终专注于光化学研究领域。

从左至右：Christoph Kerzig, Johanna Bott, 和 Matthias Schmitz在美因茨约翰内斯古腾堡大学（JGU Mainz）化学系激光实验室操作HARPIA-LIGHT系统。摄影师：Holger Adam

        该团队的研究愿景是通过光谱学引导的方法，开发并理解超高效率的新型光驱动机制与光活性分子。课题组主要致力于两大研究方向：

✔ 设计更高效的单可见光子驱动的机制，以提高光能到化学能的转换效率。
✔ 探索有望实现更温和反应条件的双光子作用机制。

        其研究策略的核心在于通过结合多种时间分辨光谱技术、实验室级辐照实验及理论计算，实现对光化学机理的深入解析。作为"合成与测量"研究范式的重要实践，该团队自主合成多种光活性分子与材料，以此培养学生及科研人员同步掌握合成化学与光谱分析能力。

✍光谱仪在KERZIG实验室的角色

       在美因茨约翰内斯古腾堡大学（JGU Mainz），Kerzig课题组运营着两个基于激光的光谱学实验室，其核心研究方法为闪光光解技术。该技术用于表征光活性分子，并研究两类反应：双分子光反应（即两个分子间的光诱导相互作用）以及纳秒至毫秒时间尺度内的复杂反应序列。

        他们目前的装置包括一个灵敏的纳秒瞬态吸收（TA）系统，该系统配备了一个CCD相机，一个光电倍增管（PMT）用于TA检测，以及两个纳秒Nd:YAG激光器用于激发。除了几种用于稳态光学光谱的仪器外，他们还使用时间相关单光子计数（TCSPC）装置来监测寿命范围从~100ps到几微秒的发射信号。

        该团队的核心研究方向之一是定制化双发色团光催化剂的制备与研究。这类分子通过整合单一发色团的优势特性，包含两个能协同作用的光吸收单元：既可增强光捕获能力，又能提升光化学反应效率。但此类体系中的分子内电子与能量转移过程常发生于超快时间尺度，课题组原有的纳秒TA系统难以捕捉。

        Kerzig教授解释道："过去我们不得不依赖合作方进行超快TA测量，因为复杂的飞秒TA系统超出了团队能力范围——这类设备通常需要专职激光光谱学家操作。"

        这一局面随着Light Conversion公司HARPIA-LIGHT系统的引入而改变。这款紧凑型桌面瞬态吸收光谱仪兼具操作便捷性与多功能性，其单箱式设计实现了易用性、通用性与卓越性能的完美融合，并符合1类激光产品安全标准。

       "借助操作便捷的HARPIA-LIGHT系统，团队成员能在制备完成后直接监测双发色团（或二元发色团分子）中的超快过程。"Kerzig教授补充道。

✍实现内部超快测量

        Kerzig教授表示："课题组自主开展超快瞬态吸收(TA)数据采集的能力，使研究效率获得质的飞跃。一方面无需再将目标化合物寄送合作方，另一方面可自由设定多种条件进行不限样本量的研究。"

        "该系统对所有团队成员都易于上手。即使缺乏深厚的光谱学背景，无基础人员亦可快速掌握操作方法。"

        在引入HARPIA-LIGHT系统后，课题组重新研究了先前探索过的库仑双发色团分子体系——这种由两个带电单元通过静电力相互作用调控光化学行为的特殊结构。此前该体系需借助合作方复杂的飞秒TA系统完成表征，而使用HARPIA-LIGHT团队成功复现了关键发现：包括锇配合物与苝抗衡阴离子之间能量转移的速率常数及光谱特征标记。

       "最重要的是，我们在数分钟内就获得这些结果，完全无需耗时进行光路调试与优化。"Kerzig教授强调道。

✍最新观点及首次发布

        课题组还利用HARPIA-LIGHT系统研究了一种双发色团光催化剂的分子内电子转移动力学。该催化剂由钌配合物单元（捕获可见光子）与氧化还原活性三芳胺(TAA)单元构成。通过该系统，团队成功观测到振动冷却、电荷分离及电荷复合过程，其中约750nm波长处最显著的光谱特征来自TAA自由基阳离子（图1）。

       这些发现不仅清晰揭示了该体系的光物理与光化学基础过程，更阐明了其在光催化中卓越反应活性的机理，最终促成首篇基于HARPIA-LIGHT系统的学术论文发表。这对Kerzig课题组和Light Conversion公司而言均具有里程碑意义——现代光谱技术正以创新方式赋能科研工作者突破超快光谱研究的边界。

图1. 新型双生色团光催化剂及其在515 nm激发下的激发态行为分析（基于HARPIA-LIGHT瞬态吸收光谱系统）

✍HARPIA-LIGHT介绍

        HARPIA-LIGHT瞬态吸收光谱系统在单盒设计中结合了可访问性，多功能性和良好的性能。基于经验丰富的飞秒激光技术，它可以在飞-纳秒时间尺度上对瞬态事件进行准确的测量和分析。HARPIA-LIGHT在提供高测量灵敏度，高时间分辨率和宽光谱覆盖方面表现优异。尽管体积很小，HARPIA-LIGHT拥有一个工业级飞秒激光器和一个具有智能化的、用户友好的数据采集软件的光谱仪。人性化界面配合标准化操作流程确保设备顺畅运行，有效提升工作效率。用户只需放置样品并单击按钮，即可实现对所有信息的即时访问。此外，HARPIA-LIGHT具有灵活的偏振控制，7.5 ns延迟线和智能化的分析算法，为进一步的数据评估提供了广泛的选择。

✍规格参数

DCM激光染料在HARPIA-LIGHT获得的溶液中的光谱动力学

测量条件：
✔脉冲重复频率：60kHz
✔泵浦波长：343 nm
✔3s/光谱（每个delay）