化学学院郭雪峰课题组在单分子开关器材研讨中
来源:审批制网 发表于2019-07-26 20:10:45 编辑:贝克汉姆
摘要: 偶氮苯分子作为典型的光致变色分子,在紫外和可见光的照射下,可完成顺式与反式结构之间的彼此转化。在单分子水平研讨偶氮苯分子的异构化,不仅能

 

化学学院郭雪峰课题组在单分子开关器材研讨中获得重要发展

偶氮苯分子作为典型的光致变色分子,在紫外和可见光的照射下,可完成顺式与反式结构之间的彼此转化。在单分子水平研讨偶氮苯分子的异构化,不仅能实时观测单个异构化事情的动力学进程,提醒其对外界影响呼应的规则,一起也有望完成单分子水平的开关、存储器等,然后完成器材微型化/功用化的意图。近几年,科学家们在扫描隧道显微镜中观察到了电场诱导偶氮苯分子异构化的现象,可是其异构化的机理尚不清晰。近来,北京大学化学与分子工程学院郭雪峰课题组、中国科学院物理研讨所孟胜课题组和加拿大麦吉尔大学郭鸿课题组协作在石墨烯基单分子器材的基础上发现了电场能有用调控偶氮苯分子结构的现象(图1a),结合理论提醒了偶氮苯分子双模式异构化的内涵物理机制。

图1:a,偶氮苯单分子器材的结构示意图;b,偶氮苯顺反结构的偶极矩改变

他们与协作者规划合成了以三联苯为主链、偶氮苯为侧链的分子,并在结尾润饰上氨基,经过酰胺键将分子连接在石墨烯电极之间。该分子的反式与顺式两种不同的构象不仅在分子结构上有较大的差异,并且其偶极矩在沿主链方向上也有很大的不同(图1b)。使用单分子器材渠道,他们经过电学手法系统研讨了偶氮苯分子对偏压以及光照的呼应规则。分子结构的改变会影响分子的轨迹能级,进而在电学测验中经过电导的改变表现出来。

试验发现,偶氮苯分子在某一方向的电场下,会发作由反式到顺式的构象改变,即电场会诱导偶氮苯分子异构化(图2)。结合理论核算,他们发现因为反式与顺式结构下偶氮苯分子沿主链方向的偶极矩不同,因而电场对分子能量的调控才能有差异。在某一个电场方向下,跟着电场场强的添加,偶氮苯分子顺式结构与反式结构的能量差逐步减小,持续添加电场强度,顺式结构的能量就会低于反式结构的能量,顺式结构愈加安稳。而在相反的电场方向下,顺式结构与反式结构的能量差跟着电场强度逐步增大,反式结构始终是最安稳的结构。与此一起,在低偏压条件下他们还完成了在不同波长的光照下偶氮苯分子在反式与顺式结构之间的可逆调控(图3)。该作业结合试验和理论成功地构建了一类全可逆的光诱导和电场诱导的双模式单分子光电子器材,并初次提出了经过“侧基化学门控”办法完成单分子导电性实时调控的新手法。石墨烯电极和偶氮苯分子间结实的共价键链接方法使得这些单分子开关器材具有杰出的安稳性和可重现性,在未来高度集成的信息处理器、分子核算机和精准分子确诊技能等方面具有巨大的使用远景。

图2. 电场诱导的偶氮苯分子异构化

图3. 光诱导的偶氮苯分子异构化

该研讨成果以“”为题宣布于2019年3月29日在线宣布在Nature Communications上(Nature Communications2019, 10,1450)。郭雪峰、孟胜和郭鸿为该文章的一起通讯作者,文章的一起榜首作者分别是孟胜课题组的孟利楠、郭雪峰课题组的辛娜和郭鸿课题组的胡晨。该作业得到了来自科技部、国家自然科学基金委、北京市科委和北京大学等基金的支撑。武汉大学汪成教授和中国科学院物理研讨所的张广宇研讨员在试验进程中供给了大力协助。

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