超分子光化學分子器件的研究進展

1、超分子光化學分子器件的研究進展超分子光化學分子器件的研究進展xxx主要內(nèi)容主要內(nèi)容：v 引引 言言v 分子器件與超分子光化學分子器件與超分子光化學v 超分子光化學分子器件超分子光化學分子器件v 展展 望望 e世博 引引 言言 u自然界中復雜的光生物過程諸如：光合作用、視覺機自然界中復雜的光生物過程諸如：光合作用、視覺機理，這些自然界精巧的光化學反應和光功能都是在天理，這些自然界精巧的光化學反應和光功能都是在天然的超分子體系內(nèi)進行的，但我們對它們的結構，有然的超分子體系內(nèi)進行的，但我們對它們的結構，有序排列、力能學和動力學等方面的奧秘了解的甚少序排列、力能學和動力學等方面的奧秘了解的甚少u近年來

2、受到廣泛重視的分子電子學研究的興起以及光近年來受到廣泛重視的分子電子學研究的興起以及光電子功能材料的出現(xiàn)，不僅要求從機理上對存在的種電子功能材料的出現(xiàn)，不僅要求從機理上對存在的種種問題給以闡明，而且還要獲得具體可用的實際材料種問題給以闡明，而且還要獲得具體可用的實際材料 要求科學家們設計、制造出人工體系模擬上述過要求科學家們設計、制造出人工體系模擬上述過程，研究其作用機理，以滿足人類不斷增長的多種需程，研究其作用機理，以滿足人類不斷增長的多種需要，而超分子光化學分子器件的研究提供了一個良好要，而超分子光化學分子器件的研究提供了一個良好的模型體系的模型體系u “器件器件”是指各種具有不同功能的元

3、件經(jīng)組裝后用來完是指各種具有不同功能的元件經(jīng)組裝后用來完成特定復雜功能的組合件，概念延伸到分子水平，就形成特定復雜功能的組合件，概念延伸到分子水平，就形成了分子器件成了分子器件u分子器件的研究最近十幾年才得到迅速的發(fā)展，主要得分子器件的研究最近十幾年才得到迅速的發(fā)展，主要得益于以下各科學領域的益于以下各科學領域的研究突破研究突破： 分子器件分子器件分子器件與超分子光化學分子器件與超分子光化學u超分子化學超分子化學：研究超出于分子實體之外的化學，主研究超出于分子實體之外的化學，主要是研究那些通過分子間非共價鍵相互作用而組織起要是研究那些通過分子間非共價鍵相互作用而組織起來的化學物種所表現(xiàn)的物理、

4、化學以及生物特性和行來的化學物種所表現(xiàn)的物理、化學以及生物特性和行為的科學為的科學u超分子光化學超分子光化學：研究超分子物種與光作用而產(chǎn)生研究超分子物種與光作用而產(chǎn)生的的光物理、光化學以及光生物特性和行為的科學光物理、光化學以及光生物特性和行為的科學 超分子光化學超分子光化學超分子與大分子的區(qū)別超分子與大分子的區(qū)別超分子體系的種類超分子體系的種類超分子光化學與分子器件的關系超分子光化學與分子器件的關系fig.1 schematic representation addressing the difference between supermolecules and large molecule

5、s according to the photochemical approachp 超分子與大分子的區(qū)別超分子與大分子的區(qū)別llllm籠狀化合物籠狀化合物(cage type system)hhg主客體系主客體系(host-guest system)旋轉體旋轉體(rotaxanes system)聯(lián)鎖體聯(lián)鎖體(catenanes system)abcd共價鍵聯(lián)結的四元體系共價鍵聯(lián)結的四元體系(covalently-linked molecular components)fig.2. schematic represention of five types of supramolecular

6、speciesp 超分子體系的種類超分子體系的種類受受體體底底物物絡合或分子間鍵絡合或分子間鍵超分子超分子識別識別催化催化傳遞傳遞分子器件分子器件多分多分子有子有序集序集合體合體化學調(diào)控化學調(diào)控光化學調(diào)控光化學調(diào)控電化學調(diào)控電化學調(diào)控超分子光超分子光化學分子化學分子器件器件fig.3. schematic representation of relationship between supramolecule and molecular devicesp 超分子光化學與分子器件的關系超分子光化學與分子器件的關系超分子光化學分子器件超分子光化學分子器件光能轉換分子器件光能轉換分子器件熒光分子傳感

7、器熒光分子傳感器分子開關分子開關分子機器分子機器u超分子光化學分子天線或導線：具有光電超分子光化學分子天線或導線：具有光電轉換或光致電子轉移功能的分子器件轉換或光致電子轉移功能的分子器件u其主要是通過電子給體光敏劑電子受其主要是通過電子給體光敏劑電子受體三元或多元體系超分子在光的作用下發(fā)生體三元或多元體系超分子在光的作用下發(fā)生電荷分離來實現(xiàn)電荷分離來實現(xiàn)u這也是光合作用機理中最基本的過程這也是光合作用機理中最基本的過程n 光能轉換分子器件光能轉換分子器件hqpce-e-q.-pc.+fig.4. q-p-c triad supramolecular system and schematic d

8、iagram of trimer charge separationfig. 5. schematic representation of an artificial photosynthetic membrane. the lipid bilayer of a liposome vesicle contains thecomponents of a light-driven proton pump: a vectorially insertedtriad leads to transport of hydrogen ions into the liposome interior,establ

9、ishing a proton motive force. the membrane also contains avectorially inserted atp synthase enzyme. the flow of protons out of the liposome through this enzyme drives the production of atp.n 方法簡便方法簡便n 靈敏度高靈敏度高n 選擇性高選擇性高n 響應時間快響應時間快n 可現(xiàn)場測定（熒光成像技術）可現(xiàn)場測定（熒光成像技術）n 利用光纖可遠距離檢測利用光纖可遠距離檢測超分子光化學熒光分子傳感器在各超分子光

10、化學熒光分子傳感器在各種離子檢測技術中具有突出的優(yōu)點：種離子檢測技術中具有突出的優(yōu)點：n 熒光分子傳感器熒光分子傳感器fig. 6. main aspects of fluorescent molecular sensors for cation recognition.fig. 7. schematic illustration of various structures of fluoroionophores.fig. 8. principle of cation recognition by fluorescent pet sensors.fig. 9. various structur

11、es of fluoroionophores.超分子光化學分子開光就是通過光誘導超分子光化學分子開光就是通過光誘導電子轉移、能量轉移等使超分子發(fā)生結構變電子轉移、能量轉移等使超分子發(fā)生結構變化而使其具有開光作用的分子器件：化而使其具有開光作用的分子器件：u光控磁開關光控磁開關u基于電子轉移的光控開關基于電子轉移的光控開關u基于光誘導分子構型變化的開關基于光誘導分子構型變化的開關n 分子開關分子開關u光控磁開關光控磁開關u基于電子轉移的光控開關基于電子轉移的光控開關fig. 11. light-driven dethreading of pseudorotaxanes by excitation

12、 of a photosensitizer p as (a) an external reactant (mecn or h2o, roomtemperature), (b) a stopper in the wire-type component (etoh, room temperature), and (c) a component of the macrocyclic ring (h2o, roomtemperature).u基于光誘導分子構型變化的開關基于光誘導分子構型變化的開關fig.12. the photoinduced inclusion of 4,4-bipyridine(

13、45) inside the cavity of the azobenzene-capped cyclodextrin derivative 44(h2o, ph 7.2, 298k).the 4,4-dicarbonylazobenzene unit is attached to two of the primary oxygen atoms of the cyclodextrin derivative 超分子光化學超分子光化學分子機器就是在光分子機器就是在光的驅動下能夠執(zhí)行類似機械運動功能的驅動下能夠執(zhí)行類似機械運動功能的超分子體系：的超分子體系：u分子轉動裝置分子轉動裝置u分子梭分子梭n 分子機器分子機器n 超分子光化學器件研究已成為世界性前沿課題，新型光超分子光化學器件研究已成為世界性前沿課題，新型光控分子水平機器的研究具有獨特的吸引力，并取得了一控分子水平機器的研究具有獨特的吸引力，并取得了一定的進展：定的進展：u人工光合成人工光合成atpu人工分子機器的藥物運送人工分子機器的藥物運送u人工分子開關執(zhí)行邏輯運算人工分子開關執(zhí)行邏輯運算n 超分子光化學分子器件仍還處