近日，我校化学与分子工程学院费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心李洪祥教授和练成教授在Journalof the American Chemical Society上发表了题为“ReversibleIsomerization of Stiff-Stilbene by an Oriented External Electric Field”的研究论文。该研究在线报道了刚性二苯乙烯类分子在单分子结中，利用定向外加电场进行可逆异构化的研究进展。
刚性二苯乙烯分子作为过度拥挤的烯烃分子马达结构基元，其中心的碳碳双键通过顺-反异构化，能够构建一系列在纳米尺度上控制运动的功能和响应系统。传统的异构化过程通常由光驱动，具有精准控制辐射强度、波长和高时空分辨率等优势。然而，由于异构体分子吸收光谱重叠及其对光辐射固有的不稳定性，常常导致不利的光稳态分布以及光诱导的氧化/降解问题，这限制了其在智能响应材料中的应用效率。在环境条件下，开发能够实现烯烃双键的定量、可逆异构化而不发生分解的新方法从根本上来说仍具有挑战性。
在本研究中，科研团队采用扫描隧道显微镜裂结（STMBJ）技术，在纳米间隙中施加定向外加电场（OEEF），成功实现了刚性二苯乙烯类分子在电场下的可逆异构化。研究人员通过电学测量在单分子水平上对反应进行了周期性监测，并结合超高效液相色谱（UPLC）和紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）对实验结果进行了宏观验证。研究发现，低偏压促进了顺式到反式的转化，而高偏压则使反向异构化得以实现，这表明通过电场操控能够精准控制反应进程。密度泛函理论（DFT）计算进一步揭示了电场催化机制：OEEF通过改变异构体的偶极矩，调整了顺式、反式和过渡态的能量排列，从而实现了顺反异构化的可逆过程。该研究工作展示了外加电场在精准控制分子异构化中的潜在应用，该方法具有空气稳定性、选择性和可逆性等优点。研究成果为分子机器的设计和未来具有高度可调功能的纳米器件发展提供了全新的思路。
图片说明：电场催化的刚性二苯乙烯可逆异构化
该论文以华东理工大学为唯一通讯单位。化学学院博士后王瑞为第一作者，博士生李英杰和硕士生闫思宇为共同第一作者，李洪祥教授为论文通讯作者。该研究得到了田禾院士的指导，并得到了国家自然科学基金、上海科学技术委员会和中央高校基本科研业务费等项目的资助。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c16530
