《電流操控單分子界面電子轉移動力學》是依託山西大學，由張國峰擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：電流操控單分子界面電子轉移動力學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張國峰
- 依託單位：山西大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
研究有機染料單分子與半導體材料界面的電子轉移動力學特性對分子光量子器件等套用研究有著重要的作用。本項目通過測量分子螢光的強度和壽命變化的時間分辨螢光光譜研究單分子界面電子轉移動力學特性，建立電流操控下的界面電子轉移過程的微觀物理模型；研究銦錫氧化物ITO半導體薄膜中各向異性的DiD單分子的電子轉移效率受所處環境溫度、氣壓以及外場等因素影響的物理機制；研究不同電流強度作用下的ITO半導體薄膜中的DiD單分子在分子能級和半導體導帶之間的電子轉移特性；研究通過半經典的電荷傳輸的理論模型來數值模擬電流操控下的界面電子轉移特性。掌握單分子在電流操控下的界面電子轉移在各分子能級和半導體導帶之間受外部電流調製的機制以及低溫環境（～4K）對單分子界面電子轉移的影響，以最佳化的實驗條件實現對單分子界面電子轉移動力學的高效操控，界面電子轉移率達到95%以上。
結題摘要
研究電場作用下的單分子與半導體納米材料間的界面電子轉移動力學的本質特性對製備分子光量子器件等套用研究有著重要的作用。本項目圍繞電場操控下的單量子體系與半導體等納米材料間的界面電子轉移動力主要開展了如下方面的工作：（1）利用外場操控界面電子轉移來有效地實現對單分子螢光強度和螢光壽命的操控。實驗測量了製備在ITO半導體納米材料中的DiD單分子的螢光強度和螢光壽命分布，建立了電流作用下的ITO半導體納米材料中的DiD單分子電子轉移動力學的理論模型，研究了ITO半導體的導帶、價帶與單分子的基態、激發態進行的電子轉移特性。電流操控單分子螢光強度的變化率可達95%以上，單分子螢光壽命的變化率可達20%以上。（2）電場操控聚合物基質中單分子的螢光強度。通過單分子螢光的電場調製特性研究了單分子與周圍基質之間的電子轉移特性，研究結果顯示 0.75MV/cm的電場可以對聚合物基質中58%的單分子的螢光進行調製，平均調製深度為可達0.38。根據電子轉移引起的單分子螢光變化，發現聚合物在電場作用下的電子極化和取向極化效應及單分子螢光對電場回響的滯後效應。（3）利用外電場操控基片上的裸單分子的螢光特性。利用強度約為～1kV/mm可以完全熄滅製備在基片上的單分子螢光，統計顯示熄滅單分子需要的平均電場強度約為0.59kv/mm。電場作用下的裸單分子展示出可逆的零場“ON”態和強電場“OFF”態的螢光開關特性，該開關特性源於該單分子內的電子轉移。（4）ITO半導體納米材料中的單量子點的電子轉移動力學特性。N 型的ITO納米粒子可以通過電子轉移的方式使量子點帶負電荷，進而可以有效地抑制單量子點的螢光閃爍特性；單量子點螢光的亮、暗態持續時間的機率密度分布服從指數截止的冪律特性；研究發現處於ITO 中的單量子點比玻璃基片上的單量子點螢光亮態持續時間提高2個數量級, 摻雜於ITO 中的單量子點的螢光壽命約減小為玻璃基片上的單量子點的螢光壽命的41%，且壽命分布寬度減小50%。（5）電場作用下量子點與氧化石墨烯的電子轉移特性。研究了單層氧化石墨烯螢光、透射光譜在外場作用下的可逆性，其中透射光譜的調製深度達25%；研究了氧化石墨烯含氧官能團在電場極化效應影響下的電子局域態密度的變化及其拉曼光譜與光學透射率開關特性等。本項目的研究結果可以為分子光量子器件的研發提供實驗和理論基礎。
