氧化还原控制层状夹心金属碳硼烷作为非线性光学多态开关的DFT研究

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基本信息

  • 批准号:
    21603062
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0301.化学理论与方法
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Nonlinear optical (NLO) molecular switches have significant applications in data storage, optical signal processing and sensing. The multi-state NLO molecular switches become the necessary requirement in the NLO molecular switches field because they can significantly improve the function and efficiency of the molecular devices. However, there are some questions in most research systems, such as poor physical performance, slow response, or unremarkable switching. Our previous theoretical studies have shown that the peanut-shaped sandwich metallacarboranes possess significant second-order NLO switching effect induced by redox, but they are limited to be applied in multi-state NLO molecular switches because of their simplex structures and electrochemical properties. Considering the structures diversity, tailoring ability, rich electrochemical properties, and high thermal stability, the layered sandwich metallacarboranes are used to study the multi-state switchable NLO properties by density functional theory (DFT) methods in this project. We plan to analyze the relationships of second-order NLO properties of the target systems with their configurations, bonding, and metal-metal communication to reveal the microscopic nature of second-order NLO responses; summarize the calculation methods for the electronic structures and properties of target systems; design the significant multi-state switchable NLO systems through controlling the metal-metal communications based on the multi-step redox behavior of the target systems. This project will provide reliable theoretical basis to obtain a novel multi-state switchable NLO material in the experiment.
非线性光学(NLO)分子开关在数据存储、光信号处理和传感等方面的分子器件中有重要应用,而多态的NLO分子开关由于可以实现分子器件的多功能性和高效性成为该领域发展的必然要求。但目前多数研究体系存在物理性能差、响应速度慢、或开关效应不显著等问题。我们前期通过理论计算发现金属碳硼烷中花生型化合物在氧化还原过程中具有显著的二阶NLO开关效应,但结构和电化学性质的单一性使其在多态NLO分子开关的研究中受到限制。本项目拟采用密度泛函理论(DFT)方法研究结构多样、剪裁能力强、电化学性质丰富、热稳定性高的层状夹心金属碳硼烷的多态NLO分子开关效应:分析目标体系的二阶NLO性质与构型、成键方式、金属-金属相互作用的关系,揭示二阶NLO响应的微观本质;归纳计算电子结构和性质的合理方法;以多步氧化还原为参考,调节金属-金属相互作用以得到显著的多态NLO开关效应。为实验获得这类新的NLO开关材料提供理论依据。

结项摘要

多态的非线性光学(NLO)分子开关由于可以实现分子器件的多功能性和高效性成为该领域发展的必然要求。然而,多数研究体系存在物理性能差、响应速度慢、以及开关效应不显著等问题。理论计算研究发现,花生型金属碳硼烷化合物在氧化还原过程中具有显著的二阶NLO开关效应,但花生型金属碳硼烷的结构和电化学性质的单一性使其在多态NLO分子开关的研究中受到限制。因此,我们采用密度泛函理论(DFT)方法研究了结构多样、剪裁能力强、电化学性质丰富、热稳定性高的层状夹心金属碳硼烷的多态NLO分子开关效应。项目中利用DFT方法研究了电化学行为诱导的层状夹心Co碳硼烷及其不同连接方式构筑的化合物的二阶、三阶NLO性质和多态开关效应。计算表明NLO响应随着层数的增加而增强。TDDFT结果表明这类化合物的NLO响应主要是由C2B3配体内C到B的电荷转移和金属中心d→d跃迁引起的。并且经过两个连续的单电子氧化还原过程,β值有明显变化。而不同的连接方式构筑导致了不同的电荷转移类型和方向。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Controllable Synthesis and Catalytic Performance of Nanocrystals of Rare-Earth-Polyoxometalates
稀土多金属氧酸盐纳米晶的可控合成及其催化性能
  • DOI:
    10.1021/acs.inorgchem.8b00763
  • 发表时间:
    2018-06-04
  • 期刊:
    INORGANIC CHEMISTRY
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Li, Shujun;Zhou, Yanfang;Chen, Xuenian
  • 通讯作者:
    Chen, Xuenian
Theoretical Exploration of the Layered Sandwich Cobaltacarborane as a Multi-State NLO Molecular Switch Triggered by Redox
氧化还原触发的层状三明治钴碳硼烷多态非线性分子开关的理论探索
  • DOI:
    10.1021/acs.jpcc.8b00459
  • 发表时间:
    2018-03
  • 期刊:
    Journal of Physical Chemistry C
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Ma Nana;Gong Jinjin;Zhang Jie;Han Shangning;Song Mengxiao;Zhang Guisheng
  • 通讯作者:
    Zhang Guisheng
The Reactivity of Mercapto Groups against Boron Hydrides in Pincer Ligated Nickel Mercapto Complexes
钳状镍巯基配合物中巯基与氢化硼的反应活性
  • DOI:
    10.1002/asia.201801050
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Chemistry-An Asian Journal
  • 影响因子:
    4.1
  • 作者:
    Zhang Jie;Liu Ting;Wei Changgeng;Chang Jiarui;Ma Qiang Qiang;Li Shujun;Ma Nana;Chen Xuenian
  • 通讯作者:
    Chen Xuenian
Elucidation of the Formation Mechanisms of the Octahydrotriborate Anion (B3H8-) through the Nucleophilicity of the B-H Bond
通过 B−H 键的亲核性阐明八氢三硼酸根阴离子 (B3H8−) 的形成机制
  • DOI:
    10.1021/jacs.8b03785
  • 发表时间:
    2018-05-30
  • 期刊:
    JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY
  • 影响因子:
    15
  • 作者:
    Chen, Xi-Meng;Ma, Nana;Chen, Xuenian
  • 通讯作者:
    Chen, Xuenian
Second-order NLO responses of two-cavity inorganic electrides Li-n@B20H26 (n=1, 2): evolutions with increasing excess electron number and various B-B connection sites of B20H26
双腔无机电子化合物Li-n@B20H26 (n=1, 2)的二阶NLO响应:随着过剩电子数的增加和B20H26的各种B-B连接位点的演化
  • DOI:
    10.1039/c6cp06649f
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Physical Chemistry Chemical Physics
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Ma Nana;Gong Jinjin;Li Shujun;Zhang Jie;Qiu Yongqing;Zhang Guisheng
  • 通讯作者:
    Zhang Guisheng

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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