近日，杭州高等研究院谢斌斌副研究员在理论计算权威期刊Journal of Chemical Information and Modeling在线发表研究论文《Understanding the Excited-State Relaxation Mechanisms of Xanthophyll Lutein by Multi-configurational Electronic Structure Calculations》。硕士研究生殷博文为该工作的第一作者，谢斌斌副研究员为通讯作者，浙江师范大学为第一单位。
捕光复合物是光合作用原初反应的重要场所。它不仅可以在低光照环境中保持高效的采光模式，而且也可
以在强光照下切换到光保护模式并有效避免光损伤。叶黄素lutein分子具有超快的激发态弛豫寿命，是实验和理论推测的光保护过程的重要位点。但由于lutein分子分子量非常大且其激发态涉及强电子相关的特性，因此正确预测其能级顺序和组态特性是理论与计算化学的重要挑战之一。基于半经验的OM2/MRCI和MS-CASPT2方法，谢斌斌课题组成员首次报道了叶黄素lutein分子重要的交叉点结构并揭示了其详细的激发态弛豫机制。
通过与实验结果交叉比对，我们确定了一套精度可靠、效率可行的理论计算方案，即MS-CASPT2(10,8)//OM2/MRCI(20,20)。基于此模型优化的结构和能量弛豫路径，我们揭示了叶黄素lutein分子的激发态弛豫过程。首先，lutein分子会被激发到光谱明态（1Bu+）并在此电子态进行演化。此时，更高的1Bu−电子态会参与其中，并与1Bu+形成共振态。之后，体系会通过1Bu+/2Ag−交叉点快速弛豫到2Ag−电子态。最终，体系会通过S1/S0交叉点弛豫到基态。
此项研究成果对深入理解光合作用中类胡萝卜素分子的光化学特性提供了重要的理论洞见，并为后续捕光复合物色素分子间的能量转移机制打下了坚实的基础。