基于ESIPT的双向单分子光电导体

《Journal of the American Chemical Society》：Bidirectional Single-Molecule Photoconductors Based on ESIPT

单分子光导体通过ESIPT与量子干涉协同作用实现双向光导调制，采用STM-BJ技术发现PPOH光导率下降120倍，PMOH提升1.78倍，理论揭示ESIPT主导轨道局域化与QI转变机制，为分子光电子学提供新范式。

　　

能够光学调节分子导电性的单分子光导体在分子光电子学领域具有巨大潜力，但在单分子层面实现双向光导调节仍面临挑战。本文提出了一种合理的设计策略，通过激发态分子内质子转移（ESIPT）与量子干涉（QI）效应的协同作用，实现了导电性的增强或减弱。利用扫描隧道显微镜断裂结（STM-BJ）技术，我们研究了两种结构相似的2-(2-羟基苯基)吡啶衍生物——带有p-SMe基团和m-SMe基团的PPOH与PMOH，获得了创纪录的高光导调节效果。在持续365纳米光照下，基于PPOH的结表现出首个负光导现象，导电性降低了约120倍，这是迄今为止报道中最显著的例子之一；而基于PMOH的结则显示出约1.78倍的导电性增强，证明了在同一分子骨架内可以实现双向光导。理论计算表明，在PPOH中，ESIPT导致前沿轨道局域化，从而抑制了导电性；而在PMOH中，除了这两种效应外，ESIPT还促使量子干涉从基态的破坏性干涉转变为光激发下的建设性干涉，从而增强了导电性。这项工作将宏观光导体材料与单个光响应分子联系起来，为基于ESIPT的量子干涉效应提供了新的分子设计范式。