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超分子光化学分子器件的研究进展 XXX 主要内容： 引 言 分子器件与超分子光化学 超分子光化学分子器件 展 望 自然界中复杂的光生物过程诸如：光合作用、视觉机理，这些自然界精巧的光化学反应和光功能都是在天然的超分子体系内进行的，但我们对它们的结构，有序排列、力能学和动力学等方面的奥秘了解的甚少 近年来受到广泛重视的分子电子学研究的兴起以及光电子功能材料的出现，不仅要求从机理上对存在的种种问题给以阐明，而且还要获得具体可用的实际材料 要求科学家们设计、制造出人工体系模拟上述过程，研究其作用机理，以满足人类不断增长的多种需要，而超分子光化学分子器件的研究提供了一个良好的模型体系 超分子化学：研究超出于分子实体之外的化学，主要是研究那些通过分子间非共价键相互作用而组织起来的化学物种所表现的物理、化学以及生物特性和行为的科学 超分子光化学：研究超分子物种与光作用而产生的光物理、光化学以及光生物特性和行为的科学 Fig.2. Schematic represention of five types of supramolecular species 方法简便 灵敏度高 选择性高 响应时间快 可现场测定（荧光成像技术） 利用光纤可远距离检测 　　　超分子光化学分子开光就是通过光诱导电子转移、能量转移等使超分子发生结构变化而使其具有开光作用的分子器件： 基于电子转移的光控开关 基于光诱导分子构型变化的开关 　　　超分子光化学分子机器就是在光的驱动下能够执行类似机械运动功能的超分子体系： 分子转动装置 分子梭 超分子光化学器件研究已成为世界性前沿课题，新型光控分子水平机器的研究具有独特的吸引力，并取得了一定的进展： 人工光合成ATP 人工分子机器的药物运送 人工分子开关执行逻辑运算 超分子光化学分子器件仍还处在基础研究阶段，要实现 宏观实际应用还有很多问题要解决，如分子器件固态环境下应用是个难题 但随着该领域研究范围不断扩大，新型超分子光化学器件将在生命科学、材料科学、环境科学和信息技术方面发挥巨大作用 谢 谢 ！ * * 引 言 “器件”是指各种具有不同功能的元件经组装后用来完成特定复杂功能的组合件，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几年才得到迅速的发展，主要得益于以下各科学领域的研究突破： 分子器件 分子器件与超分子光化学 超分子光化学 超分子与大分子的区别 超分子体系的种类 超分子光化学与分子器件的关系 Fig.1 Schematic representation addressing the difference between supermolecules and large molecules according to the photochemical approach 超分子与大分子的区别 L L L L M 笼状化合物 (cage type system) H H G 主客体系 (host-guest system) 旋转体 (rotaxanes system) 联锁体 (catenanes system) A B C D 共价键联结的四元体系 (covalently-linked molecular components) 超分子体系的种类 受体 底物 络合或分子间键 超分子 识别 催化 传递 分子器件 多分 子有 序集 合体 化学调控 光化学调控 电化学调控 超分子光化学分子器件 Fig.3. Schematic representation of relationship between supramolecule and molecular devices 超分子光化学与分子器件的关系 超分子光化学分子器件 光能转换分子器件 荧光分子传感器 分子开关 分子机器 超分子光化学分子天线或导线：具有光电转换或光致电子转移功能的分子器件 其主要是通过电子给体－光敏剂－电子受体三元或多元体系超分子在光的作用下发生电荷分离来实现 这也是光合作用机理中最基本的过程． 光能转换分子器件 hν Q P C e- e- Q.- P C.+ Fig.4. Q-P-C triad supramolecular system and schematic diagram of trimer charge separation Fig. 5. Schematic representation of an artificial photosynthetic membrane. The lipid bilayer of a liposome vesicle contains thecomponent