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在單分子尺度深入理解有機共軛分子的光激發(fā)態(tài)結(jié)構(gòu)和電子輸運性質(zhì)，一直是化學和單分子電子學領(lǐng)域的重要挑戰(zhàn)之一。近日，我?；瘜W與分子工程學院、費林加諾貝爾獎科學家聯(lián)合研究中心田禾院士團隊在振動誘導發(fā)光（Vibration Induced Emission, VIE）機制研究方面取得新的進展，將VIE動態(tài)響應從宏觀水平的光信號表達拓展到了單分子尺度的電信號輸出。相關(guān)研究成果以“Photoconductance fromBent-to-Planar Photocycle between Ground and Excited States in Single-MoleculeJunctions”為題發(fā)表于《美國化學會志》。

振動誘導發(fā)光是一種有機共軛分子發(fā)光的新機制，由田禾院士團隊在研究二氫二苯并吩嗪（DPAC）類分子獨特的發(fā)光現(xiàn)象時提出（J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 8509; Chem. Commun., 2015,51, 4462）。近五年，團隊圍繞DPAC類衍生物獨特的基態(tài)/激發(fā)態(tài)分子形變和構(gòu)型依賴光物理性質(zhì)，開展了一系列構(gòu)效關(guān)系研究及材料性能應用（J. Am. Chem. Soc., 2017, 139,1636; Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 57, 9880; CCS Chem.,2021,3,2239; Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60, 2855; Chem, 2021, 7,1544; J. Am. Chem. Soc., 2022, 144, 4883; Angew. Chem. Int. Ed., 2022, 61,e202116414等），為有機共軛分子結(jié)構(gòu)的高效設(shè)計和應用性能的拓展提升奠定了堅實的理論基礎(chǔ)和實踐指導。

一般來說，共軛發(fā)光分子在短波長光的持續(xù)照射下，會連續(xù)不斷的發(fā)射出長波長光，這歸因于光照下的共軛分子在基態(tài)和激發(fā)態(tài)之間存在分子構(gòu)型/電子云排布的互變循環(huán)過程。同時，共軛分子的電導性也與共軛路徑和電子云排布密切相關(guān)。因此，基態(tài)和激發(fā)態(tài)之間的光循環(huán)過程是可以引發(fā)分子光電導信號。但是，由于納米級檢測技術(shù)和經(jīng)典模型分子的缺失，使得一直無法有效探究激發(fā)態(tài)分子骨架演變與光電導之間的構(gòu)效關(guān)系。為了深入研究這一過程，田禾院士團隊通過修飾DPAC分子，借助掃描隧道顯微鏡裂結(jié)（STM-BJ）技術(shù)，成功構(gòu)建單分子器件。在340nm紫外光的持續(xù)照射下，器件的統(tǒng)計電導提升至初始值的3倍，是已報道單分子器件的最高光電導數(shù)據(jù)。理論計算表明，光誘導的分子結(jié)構(gòu)彎曲-平面化循環(huán)過程導致電子分布顯著變化，從而引起Fano共振，并產(chǎn)生光電導。此工作不僅提出了光電導單分子器件的構(gòu)建新策略，還為理解有機共軛分子基態(tài)與激發(fā)態(tài)之間的光循環(huán)過程提供了全新視角。

該工作主要由鄒祺副教授和張志云特聘研究員在田禾院士的指導下完成，并得到了曲大輝教授和蘇建華教授的大力支持。在光電導理論計算方面得到了廈門大學洪文晶教授和周彧博士的支持。博士生陳炫穎、金鑫和王瑞以及本科生邱瑾在分子合成、光譜表征和單分子測試方面提供了許多幫助和支持。該工作得到了國家自然科學基金、材料生物學與動態(tài)化學教育部前沿科學中心、上海市科技重大專項、上?？茖W技術(shù)委員會、費林加諾貝爾獎科學家聯(lián)合研究中心等資金支持。

原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c03671

參考資料：https://news.ecust.edu.cn/_s4/2022/0601/c8a166638/page.psp