具有普适意义的金属团簇@MOFs电双稳材料的可控合成

The study about molecular storage materials will promote the development of information technology greatly. Based on the host-guest interaction and energy level matching principles, we here use photoconductive metal-organic frameworks as electronic donors, and metal clusters as electronic acceptors to construct new electrical bistability molecules. In these electrical bistability molecules, the linkage modes, energy gaps of photoconductive host frameworks and size of metal clusters will be regulated to improve the electron donating ability of guest units. As a result, the reversible transition between semiconductor/conductor. This method can overcome some disadvantages of current electrical bistability systems, such as bad opt/thermal stability induced by molecular aggregation and phase separation. Electronic transfer mechanism upon external electrical fields between donors and acceptors, electrical bistability molecules and electrode surfaces will be investigaed, and their bistability model will also be proposed. In all, these studies will propose the structure-property relationship of conductance reversible transfer mechaisim, which will provide theoretical and experimental guide for the development of new electrical bistability materials.

发展新型分子基信息存储材料和器件对信息技术具有重要意义。本项目基于给体-受体分子的设计理念，依据能级匹配原则，将具有良好电双稳特性的金属团簇植入于光导性的金属-有机主体框架内，可控制备具有普适意义的电双稳Mn@MOFs主-客体分子。通过调变光导性主体框架的组成、结构、性质和连接方式以及记忆性金属团簇的直径大小，进而控制金属团簇记忆单元释放电子的能力，实现复合在一起的Mn@MOFs分子由半导体/导体的可逆转换， 解决目前有机电双稳材料存在易聚集和相分离而导致稳定性差等问题，开辟一系列具有新颖和原创性的电双稳主-客体分子。系统研究新合成的主-客体分子在外电场作用下电荷的传输情况，建立其分子在ON/OFF态电导可逆转换的模型，揭示其构-效关系。项目研究结果将为新型电双稳性主-客体电荷转移分子的可控合成提供理论和实验依据。

新型分子基信息存储材料研究为下一代存储器的开发提供理论依据。本项目基于给体-受体分子的设计理念，可控制备具有普适意义的电双稳材料，解决目前有机电双稳材料存在易聚集和相分离而导致稳定性差等问题，制备一系列具有新颖和原创性的新型存储材料，在如下几个方向取得进展：（1）通过光还原法将Ag、Au金属团簇包覆到属有机框架，形成Au (Ag) NPs@MOF复合体系，通过旋转涂覆法制备的器件ITO/NPs@MOF/Ag电双稳性质表明其开关比为10^4^，具有良好的存储稳定性，其机理为电荷隧穿机制；（2）将类钙钛矿金属卤化物包覆到金属有机框架复合体系，由于强的主客体相互作用，可以观测到室温下的电荷转移。制备了ITO/PMMA/复合体系/Ag电双稳器件，表现典型的电双稳行为，其开关比为104，具有良好的稳定性，其机理解释为空间电荷限制机制；（3）将共晶作为电双稳器件的活性层，电流开/关比最大可达10^5^，可以通过光/热刺激和晶格水的再吸收来淬灭/恢复电双稳性能，并且伴随着可逆的晶态到非晶的转变；（4）含D-π-A结构强极性有机分子与金属卤化物复合的结构及其电双稳性质研究，对有机分子进行了取代基修饰，表明吸电子基团的引入有利于形成强的分子间π−π堆积，ITO/hybrids/PMMA/Ag器件表现良好的电双稳性质，其机理为Schottky发射、空间电荷限制和欧姆机制；（5）在多酸基耐极端环境信息存储材料方面取得了突破性进展，制备了系列耐高温的存储器件，并且器件可以通过颜色变化监测的温控存储开关性能；（6）将聚集诱导有机分子包覆到高聚物材料中，实现了耐高温和高湿的新型三进制存储。这些工作为新型信息存储材料与器件开发及其环境耐受性的研究提供理论依据。