1、超分子光化學分子器件的研究進展XXX1主要內(nèi)容： 引 言 分子器件與超分子光化學 超分子光化學分子器件 展 望 世博 2引 言 自然界中復雜的光生物過程諸如：光合作用、視覺機理，這些自然界精巧的光化學反應和光功能都是在天然的超分子體系內(nèi)進行的，但我們對它們的結構，有序排列、力能學和動力學等方面的奧秘了解的甚少近年來受到廣泛重視的分子電子學研究的興起以及光電子功能材料的出現(xiàn)，不僅要求從機理上對存在的種種問題給以闡明，而且還要獲得具體可用的實際材料 要求科學家們設計、制造出人工體系模擬上述過程，研究其作用機理，以滿足人類不斷增長的多種需要，而超分子光化學分子器件的研究提供了一個良好的模型體系3 “

2、器件”是指各種具有不同功能的元件經(jīng)組裝后用來完成特定復雜功能的組合件，概念延伸到分子水平，就形成了分子器件分子器件的研究最近十幾年才得到迅速的發(fā)展，主要得益于以下各科學領域的研究突破： 分子器件分子器件與超分子光化學4超分子化學：研究超出于分子實體之外的化學，主要是研究那些通過分子間非共價鍵相互作用而組織起來的化學物種所表現(xiàn)的物理、化學以及生物特性和行為的科學超分子光化學：研究超分子物種與光作用而產(chǎn)生的光物理、光化學以及光生物特性和行為的科學 超分子光化學超分子與大分子的區(qū)別超分子體系的種類超分子光化學與分子器件的關系5Fig.1 Schematic representation addres

3、sing the difference between supermolecules and large molecules according to the photochemical approach 超分子與大分子的區(qū)別6LLLLM籠狀化合物(cage type system)HHG主客體系(host-guest system)旋轉體(rotaxanes system)聯(lián)鎖體(catenanes system)ABCD共價鍵聯(lián)結的四元體系(covalently-linked molecular components)Fig.2. Schematic represention of fiv

4、e types of supramolecular species 超分子體系的種類7受體底物絡合或分子間鍵超分子識別催化傳遞分子器件多分子有序集合體化學調(diào)控光化學調(diào)控電化學調(diào)控超分子光化學分子器件Fig.3. Schematic representation of relationship between supramolecule and molecular devices 超分子光化學與分子器件的關系8超分子光化學分子器件光能轉換分子器件熒光分子傳感器分子開關分子機器9超分子光化學分子天線或?qū)Ь€：具有光電轉換或光致電子轉移功能的分子器件其主要是通過電子給體光敏劑電子受體三元或多元體系超分

5、子在光的作用下發(fā)生電荷分離來實現(xiàn)這也是光合作用機理中最基本的過程 光能轉換分子器件10hQPCe-e-Q.-PC.+Fig.4. Q-P-C triad supramolecular system and schematic diagram of trimer charge separation11Fig. 5. Schematic representation of an artificial photosynthetic membrane. The lipid bilayer of a liposome vesicle contains thecomponents of a light-d

6、riven proton pump: a vectorially insertedtriad leads to transport of hydrogen ions into the liposome interior,establishing a proton motive force. The membrane also contains avectorially inserted ATP synthase enzyme. The flow of protons out of the liposome through this enzyme drives the production of

7、 ATP.12方法簡便靈敏度高選擇性高響應時間快可現(xiàn)場測定（熒光成像技術）利用光纖可遠距離檢測超分子光化學熒光分子傳感器在各種離子檢測技術中具有突出的優(yōu)點： 熒光分子傳感器13Fig. 6. Main aspects of fluorescent molecular sensors for cation recognition.Fig. 7. Schematic illustration of various structures of fluoroionophores.14Fig. 8. Principle of cation recognition by fluorescent PET s

8、ensors.Fig. 9. various structures of fluoroionophores.15超分子光化學分子開光就是通過光誘導電子轉移、能量轉移等使超分子發(fā)生結構變化而使其具有開光作用的分子器件：光控磁開關基于電子轉移的光控開關基于光誘導分子構型變化的開關 分子開關16光控磁開關17基于電子轉移的光控開關Fig. 11. Light-driven dethreading of pseudorotaxanes by excitation of a photosensitizer P as (a) an external reactant (MeCN or H2O, roomt

9、emperature), (b) a stopper in the wire-type component (EtOH, room temperature), and (c) a component of the macrocyclic ring (H2O, roomtemperature).18基于光誘導分子構型變化的開關Fig.12. The photoinduced inclusion of 4,4-bipyridine(45) inside the cavity of the azobenzene-capped cyclodextrin derivative 44(H2O, pH 7.2, 298K).The 4,4-dicarbonylazobenzene unit is attached to two of the primary oxygen atoms of the cyclodextrin derivative 19超分子光化學分子機器就是在光的驅(qū)動下能夠執(zhí)行類似機械運動功能的超分子體系：分子轉動裝置分子梭 分子機器20超分子光化學器件研究已成為世界性前沿課題，新型光控分子水平機器的研究具有獨特的吸引力，并取得了一定的進展：