光刺激-响应增强同分异构体单分子尺度识别研究
批准号:
22104024
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
张玉鹏
依托单位:
学科分类:
电分析化学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
张玉鹏
中文摘要
有机化学中普遍存在同分异构现象。识别同分异构体对基础研究和实际应用具有非常重要的意义。针对同分异构体分子的识别,一方面大部分检测技术需要大量的样品分子;另一方面,结构极为相似的异构体分子,常规方法难以精准检测识别。针对上述关键科学问题,通过简单的电导测量技术,联合刺激-响应新策略是解决结构相似的异构体分子识别的关键,结合国际研究进展和申请人的研究基础,本项目拟开展以下研究工作:首先,通过简单的单分子电导测量方法解决异构体分子吡咯并吡咯二酮(DPP)和萘并二噻吩(NDT)单分子尺度识别问题,建立结合光刺激-响应的策略增强异构体识别的普适性新方法;其次,结合理论模拟,对光辐射下异构体分子电导变化的理论机制进行深入探究,为光电响应器件的设计提供关键基础;最后,在实现建立光辅助增强异构体分子识别普适性新方法与深入理解异构体分子光电响应机制基础上,为有机光电材料分子的设计提供理论指导。
英文摘要
Isomerism is a common phenomenon in organic chemistry. Identification of isomers is very important for basic research and practical application. For isomer recognition, on the one hand, most detection techniques require a large number of sample molecules; In addition, it is difficult to detect and identify isomers with similar structures by conventional methods. Aiming at these critical issues, through simple conductivity measurement technology, joint stimulus and response to the new strategy will be the key to solve structural isomer of similar molecular recognition, combined with the international research progress and the applicant's research foundation, this project will focus on the following issues: (1) through a simple single conductance measurement method to solve isomer molecules pyrrole and pyrrole diketone (DPP) and the naphthalene and thiophene (NDT) single molecule scale identification problem, with light stimulus-response strategy should be established to strengthen the universality of the isomer recognition new method; (2) combined with theoretical simulation, the theoretical mechanism of the changes of molecular conductance of isomers under light radiation will be deeply explored, which provides a key foundation for the application design of photoelectric response devices. (3) based on the establishment of a new universal method of photoassisted enhanced isomer recognition and a deep understanding of the photoelectric response mechanism of isomer molecules, the breakthroughs in this field will provide theoretical guidance for the design of organic photoelectric materials.
建立高效识别同分异构体分子的方法对优化有机光电材料性能具有重要科学意义。针对结构极为似的异构体分子,常规检测分析手段难以实现精准识别。利用简单的单分子电导测量技术,结合光-刺激响应策略是解决这些问题的创新思路。本项目主要包括以下研究内容:(1)通过分子设计合成得到了2种SDPP异构体分子,研究了其光物理性质,明确了异构体结构上微小差异对发光性能的影响。研究了模板分子AmDPP单分子光-电响应机制。研究表明,光照使单分子结中电导值明显增加,可应用于放大异构体分子单分子电导差异,为实现异构体分子单分子尺度识别奠定基础。(2)设计合成了2种萘基NDPP同分异构体分子,建立了异构体分子多晶态发光调控策略,获得了4种不同堆积方式的晶体。研究了α-NDPP力致荧光变色特性,并将其应用于潜指纹成像,可显著增强潜指纹裸眼识别能力。(3)设计合成了6个SDPP双态发射分子,提出了“刚柔并济”分子设计策略。通过分子中烷基链工程和硫价态调制,实现分子“柔性”和“刚性”平衡,增强其溶液-固态下发光性能。其中,SDPP分子溶液态最高量子产率可达到98%,固态下最高达到99%。通过晶体结构分析和理论计算,明确了SDPP分子高效双态发射受益于分子D-A结构、扭曲构象、多种分子内、分子间弱相互作用协同平衡机制。探索了SODPP分子在潜指纹成像领域的应用前景。本项目研究为异构体分子实现单分子识别提供研究基础,为智能响应材料的开发及应用提供借鉴,为异构体分子实现高效双态发射提供设计思路。
国内基金
海外基金