卟啉化合物在分子器件中的應(yīng)用
化學(xué)先生 / 2019-09-03
(1)選擇卟啉作為分子器件的原因
①卟啉化合物具有大m共軛結(jié)構(gòu)從而使卟啉分子的HOMO與LUMO之間的能量差降低，使卟啉在可見光區(qū)有發(fā)射，且發(fā)光量子效率高。
②卟啉結(jié)構(gòu)易于修飾，通過改變卟啉化合物的周邊取代基可以改變卟啉分子的熒光發(fā)射波長(zhǎng)。
③卟啉易形成金屬配合物。
(2)卟啉分子導(dǎo)線
分子導(dǎo)線是分子器件和外界連接的橋梁，對(duì)于它一股有以下幾個(gè)要求:①能夠?qū)щ?②有確定的長(zhǎng)度，足以跨越諸如類脂單層膜或雙層膜:③含有能夠連接到系統(tǒng)功能單元的連接端點(diǎn);④允許在連接端點(diǎn)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng):⑤導(dǎo)線必須與周圍絕緣以阻止電子的任意傳輸.由雙卟啉四酮合成的準(zhǔn)一一維、 全共軛的四卟啉行生物，長(zhǎng)度約為615nm.并且在主鏈的周圍有叔丁基作為保護(hù)套，以保證共軛核心與周圍絕緣，并使分子在大多數(shù)溶劑中有較好的溶解度。四卟啉衍生物的結(jié)構(gòu)見圖9-5.
分子開關(guān)是分子計(jì)算機(jī)的重要部件，它的主要優(yōu)點(diǎn)就是組合密度高、響應(yīng)速度快和能量效率高。應(yīng)用分子開關(guān)有可能使儲(chǔ)存密度達(dá)到10的18次方bit/em2。 然而，尺寸的驟然變小將受到量子統(tǒng)計(jì)學(xué)因素方面的限制，如果用光來(lái)控制分子器件，就可以補(bǔ)償尺寸縮小帶來(lái)的統(tǒng)計(jì)學(xué)方面的限制。因?yàn)榉肿觾?nèi)的能量轉(zhuǎn)移和電子轉(zhuǎn)移過程能夠在皮秒時(shí)限內(nèi)進(jìn)行，有可能制得響應(yīng)非?？斓母咝骷?，光驅(qū)動(dòng)分子器件的基本要求就是光穩(wěn)定性?；诳赡骐娮愚D(zhuǎn)移反應(yīng)的光致變色，將分子用于光開關(guān)，在速度和光穩(wěn)定性上，可優(yōu)于基于分子結(jié)構(gòu)變化的光化學(xué)分子開關(guān)。Wasielewski 等的設(shè)計(jì)是基于卟啉分子的-個(gè)電子給體受體給體分子卟啉，見圖9-6。
該分子可發(fā)生兩個(gè)非?？斓碾娮愚D(zhuǎn)移反應(yīng)，并根據(jù)光的強(qiáng)度調(diào)節(jié)，是一一個(gè) 光強(qiáng)度依賴性的光開關(guān)。
以卟啉作 為結(jié)構(gòu)單元的分子器件越來(lái)越顯示出其重要性。毫無(wú)疑問，超分子器件將在分千信息存儲(chǔ)器件、模擬光合作用、納米電子學(xué)中得到實(shí)際應(yīng)用，但合成或組裝這樣的超分子體系，仍是十分重要和艱苦的工作。目前的開發(fā)研究，大都分仍處于起步階段，離實(shí)用化、商業(yè)化還有一段距離。要想將它們組成真正的分子器件，井進(jìn)一步用于功能電路， 還存在很多問題。
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