“电磁手性”有机分子导体/半导体自旋材料的制备及性能研究

有机自旋材料是当前有机功能材料设计和研发的创新点之一。传统的自旋材料是非手性的，主要通过调节磁场强度来进行信息存储与读取。具有“电磁手性”的自旋材料非常罕见，以其为基础材料的元件可通过改变电流/磁场方向来实现信息存储与读取，因而能耗较小且便于操控。在本项目中，我们以手性有机电子给体为功能砌块，通过可控分子组装，制备“电磁手性”有机导体/半导体自旋材料，为进一步研发相关的有机自旋元件打下坚实的材料基础。截至项目结题，我们取得了以下重要研究进展：(1) 设计和合成一系列具有不对称中心的螺环型有机电子给体；这类电子给体有较大的内部空腔，可容纳磁性对阴离子，有助于增加导电π−电子和磁性离子d-电子的之间的自旋交换作用；(2) 以“铜催化C-S键偶联”反应为关键步骤，简洁高效地合成了一系列“硫原子桥联的芳基取代/稠合四硫富瓦烯(TTF)衍生物”。此类分子借助分子间范德华作用，能够形成手性螺旋链结构，为制备电磁手性有机导体奠定了基础。(3) 采用电化学氧化结晶的方法，制备了基于弯曲电子给体EDT-EDSe-TTFVS的磁性自由基正离子盐，阐明了体系中磁性阴离子和导电pi-电子之间的自旋耦合机制，为深入研究磁性有机导体奠定了基础。(4) 在本项目资助下，我们开拓了新的研究领域，包括“碗状有机电子给体”和“C3-对称性有机功能分子”的设计、合成及光电性能研究。于Angew. Chem. Int. Ed., Chem. Eur. J., Chem. Asian J., Synth. Met. 等国际主流化学/材料学期刊发表论文 8 篇。部分研究结果被Synfacts和《有机化学》作为亮点报导；此外，课题组还应Synlett主编的邀请，撰写了关于分子碗化合物的前沿进展。