基于d10金属配合物的刺激响应材料开发及应用研究

Recently, materials showing smart response to external stimuli have attracted considerable interest because of their potential in photoelectronic applications. The photophysical properties of these materials can be regulated through the change of their π-π interaction, metal to metal interaction, hydrogen-bonding interaction, and so on. However, very few examples of photophysical properties tuning regulated by electrostatic interaction were reported. In this project, we put forward a new strategy to tune the excited state of d10 complexes and their polymers by the regulation of counterions, and novel stimuli-responsive materials will be developed. To understand their tuning mechanism, the single crystal, photophysical properties, electrochemical properties, and theoretical calculations of Zn(II)/Cu(I) complexes containing different counterions will be studied. After gaining the insight into the way of regulating the excited states of Zn(II)/Cu(I) complexes, the external stimuli (electric field, polar solvent) will be used to change the electrostatic interaction between complex and counterions and thus regulate the excited state of complexes. Finally, the practical usage solid state optical information device will be developed.

近年来，刺激响应性材料由于在光电器件应用方面的巨大前景受到了广泛关注，它们可以通过外界刺激改变分子间π-π相互作用、金属与金属相互作用、氢键作用等来实现材料光物理性质的调控。然而，通过外界刺激改变静电力来调控材料光物理性质的报道却非常少。在本项目中，我们以通过抗衡离子调控d10电子构型金属配合物激发态性质为核心，发展新型刺激响应性光电材料为目标，设计了一系列d10金属配合物，拟通过改变具有不同电荷密度的抗衡离子影响d10金属离子中心电子云密度，实现其激发态性质的调控；其中，通过系统研究含不同抗衡离子锌/铜配合物的晶体结构、光物理性质、电化学性质以及结合理论计算探究抗衡离子调控配合物激发态性质的机理，并总结调控规律。在此基础上，利用外界刺激（电场、极性溶剂）改变抗衡离子与锌/铜配合物之间静电力实现激发态调控，发展新型刺激响应性光电材料。最终，发展具有实际应用价值的光学信息记录与存储器件。

近年来，有机光电材料及其在光电器件中的应用成为国际研究的热点，吸引了国内外众多学者的研究兴趣和科技产业界的广泛关注。作为有机电子学领域的物质基础，有机光电材料是这一领域研究的关键。其中，光物理性质可调的有机光电材料是各类光电应用的理想选择。传统的调控有机光电材料光物理性质的方法大多基于改变材料的化学结构。然而，这些通过化学方法修饰配体结构的方法经常伴随着复杂的化学反应步骤和枯燥的分离纯化过程，从而增加了制备时间和成本。因此，发展新型、快速、便捷的方法来实现材料的光物理性质调控非常重要。发展新型刺激响应性光电材料是解决这一问题的有效途径。在本项目中，针对“材料结构-光物理性质-响应行为-光电应用”的内在关系这一关键科学问题，我们围绕新型智能响应材料的设计、光学性质调控、响应机制、光电应用开展工作，并取得了一系列重要成果：提出通过抗衡离子调控光电材料光物理性质新策略，实现锌（II）/铜（I）配合物的光物理性质调控；提出利用不同抗衡离子构筑智能响应型光电材料新策略，制备了对多重刺激具有响应的三联吡啶铱（III）配合物；通过动态金属配体配位原理实现了可擦写彩色打印。通过本项目的实施，无论是从新型智能响应材料设计与制备还是可擦写/安全打印技术发展来说，都取得了重要的研究成果，具有重要意义。该项目按预期计划执行，经费使用合理。在该项目的支持下，培养博士、硕士研究生七名，并取得了一系列研究成果。已在Science Advances、Nature Communications、Matter、CCS Chemistry、InfoMat、Small Methods、Advanced Optical Materials等重要学术期刊发表学术论文15篇。获授权中国发明专利5件。