非对称分子容器的分子微电场作用下的新型结构及化学键特性研究

The study of the effect of macro external electric field on the material is a broad research field and has made continuous progress. Under the effect of the external electric field, the unusual structures, special chemical bonds, and novel physical and chemical properties of the molecules can be found. To explore the new investigation field of micro molecular electric field’s chemical action and study the effect of the unsymmetrical molecular container with molecular micro electric field on the structures and special chemical bonds is the guiding idea of this program. Our investigation aims at constructing new cage-, tube-, and clip-shaped molecular container with molecular micro electric field effect by modifying the molecular structure to study the regulation effect of the internal micro-electric field, revealing the differences of structures, chemical bonds, and electric states of both host and guest molecules or clusters before and after the guess is trapped inside the host molecule, showing the interesting ground-excited or excited-excited characteristics of the host-guess; and suggesting the utilizable and well-performance novel molecular container with molecular micro electric field effect and the inclusion compound. This program may enhance the novel knowledge on molecular structure, chemical bonding, electric state, and the regulation of the molecular micro electric field, provide new design ideas and candidate models for the molecular devices, equipments, and materials, provide theoretical support for the experimental work and necessary reference for the molecular devices, equipments, and materials.

宏观外电场对物质作用是一个不断取得新进展的广阔研究领域，外电场作用可产生不寻常的分子结构、化学键及新的物理和化学性质。本项目以开拓微观分子电场的化学作用研究新领域, 利用非对称性的分子容器研究分子内微电场对结构及化学键的影响为指导思想。通过化学修饰构造具有非对称分子电场效应的分子容器(笼形、管形和夹形)并研究其电场效应的调控规律; 研究装入分子或分子簇前后的主客体分子结构、键及电子态的变化，着重考虑内包客体分子或分子簇的结构及键的特性，揭示包合物中主-客间的基-激或激-激特性; 建议可用的品优的具有电场效应的非对称分子容器及其包合的分子容器包合物。本项目提供关于结构, 化学键以及自旋态及其分子电场调控的新知识, 为我国分子器件、装置以及材料的设计提供新的思想和候选模式, 为实验工作提供重要的理论支持, 为开发新型分子器件、装置以及材料提供必要参考。

宏观外电场对物质作用是一个不断取得新进展的广阔研究领域，外电场作用可产生不寻常的分子结构、化学键及新的物理和化学性质。本项目以开拓微观分子电场的化学作用研究新领域, 利用非对称性的分子容器研究分子内微电场对结构及化学键的影响为指导思想。采用修饰的[5,0]～[7,0]型碳纳米管作为分子容器包入H2和HF；采用C64、C64Cl4、C64H4及C64F4不对称碳笼包入H2O和NH4Cl等分子，研究了装入分子或分子簇前后的主客体分子结构、键及电子态等变化，并与外电场作用下的相关分子的结构、键及电子态等进行对比，实现对部分非对称分子容器的电场标度，建议了部分品优的具有电场效应的非对称分子容器及其包合的分子容器包合物。我们还研究了外电场作用下系列碱金属及碱土金属掺杂材料的结构、键、电子态及非线性响应等性质等变化，得到了系列碱金属及碱土金属掺杂的非线性分子开关材料：M-LCaL-M (M = Li 或 Na, L = C6H6F6)、Li@AR (AR = C6H6 (苯)或C10H10 (萘))、CaN3Ca、Li3N3Mg及K-C6H6F6。研究了额外电子在全氟化的碳笼中的定位，笼子尺寸及外电场等因素对额外电子的定位、稳定性及自旋态等的影响规律等。我们认为，本项目本项目拓展了宏观外电场及分子内电场作用类的分子器件材料研究新领域，提供了关于结构，化学键、自旋态及其分子电场调控的新知识, 为我国分子器件、装置以及材料的设计提供新的思想和候选模式, 为实验工作提供重要的理论支持，建议了潜在的品优的电场作用的分子开关等分子器件材料。