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光調控分子材料電子結構以及多功能耦合研究進展

2019-11-08

光響應智能材料可以在不同波長的光照射下,在兩個或多個狀態之間可逆切換,導致材料顏色、形狀、磁性、電性等物理化學的性質變化,有望應用于分子開關、傳感及高密度存儲器件等領域。目前,光響應分子材料的研究主要集中在羅吡喃和偶氮苯類衍生物,通常涉及分子結構層次上的化學鍵異構或基團轉動,只能在溶液中進行高效的轉換,如何在固態實現各種功能的快速可逆控制是發展固態光響應分子器件中面臨的重要挑戰。光誘導金屬離子的電子遷移或者重排可以在電子結構層次調控分子性能,不僅具有響應速度快、空間選擇性好等優點,而且可以在固態進行高效可逆的轉變,有望實現固態分子材料多功能調控。

精細化工國家重點實驗室劉濤教授課題組長期致力于自旋交叉和電荷轉移型功能分子材料的研究,在深入思考光誘導電子遷移重排與材料多功能耦合之間的關系基礎上,提出利用光誘導電子遷移與重排引起的自旋、電荷、鍵長以及吸收光譜等的變化調控分子材料性能。利用光誘導電子重排可以調控金屬離子的自旋態和磁各向異性,成功實現了對磁性雙穩態和單鏈磁體行為的雙向可逆切換,為信息的讀與寫提供了新的策略(Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 5119; Nature Communications 2013, 4, 2826; Chem. Sci. 2018, 9, 617);光誘導電子重排可以驅動分子內電荷的重新分布,造成對稱性破缺,從而控制分子內偶極的產生與消失(Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 4367; Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 7663; Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 8468);金屬離子內或金屬離子間的電子遷移伴隨著配位八面體鍵長和鍵角等的變化,從而產生巨熱膨脹或負熱膨脹,有望應用于光控納米馬達和微型驅動器等(Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 13052);最近,利用自旋交叉基元和熒光功能基元通過配位鍵連接,通過提高分子內能量轉移效率,成功實現了利用光誘導自旋交叉對熒光發射性能的調控,為進一步實現光調控分子穩態材料多功能化和器件化提供了基礎(Chem. Sci. 2018, 9, 2892; Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 12216)。

基于課題組的研究成果,劉濤教授受國際知名化學期刊Accounts of chemical Research邀請撰寫綜述(Yin-Shan Meng, Tao Liu. Manipulating Spin Transition To Achieve Switchable Multifunctions. Acc. Chem. Res. 2019, 52, 1369),闡釋利用光調控分子材料電子結構以及多功能耦合方面的思考與進展。青年教師孟銀杉為本文第一作者,劉濤教授為通訊作者。

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.accounts.9b00049

以上工作得到了國家自然科學基金重大研究計劃項目、創新研究群體項目和大連理工大學的大力支持。

(來源:大連理工大學-化工與環境生命學部



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