具有光電活性的二茂鐵功能材料是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的重要基礎(chǔ)材料,也是世界各國競相研究的焦點。伴隨著光電子高科技行業(yè)、信息存儲系統(tǒng)和光伏電池等節(jié)能材料與信息產(chǎn)業(yè)的迅速崛起和巨大的應(yīng)用前景與廣闊的市場,各國對光電功能材料與器件的設(shè)計、制備與性能優(yōu)化的要求愈加強(qiáng)烈,標(biāo)準(zhǔn)越來越高,其特點正朝著“四化”———清潔化、微型化、輕型化、集成化和“五高”———高節(jié)能、高速度、高效率、高密度、高穩(wěn)定性的方向發(fā)展。顯然,高性能光電功能材料的設(shè)計與制備成為決定節(jié)能材料與信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和瓶頸。因此,滿足現(xiàn)代光電功能器件要求的性能優(yōu)異的材料研究,正在迅速地形成一門新興學(xué)科———微觀結(jié)構(gòu)和宏觀性能聯(lián)系在一起的分子工程與微結(jié)構(gòu)工程學(xué)科。

鑒于二茂鐵中Fe2+的6個價電子加上二個環(huán)戊二烯基陰離子C5H5-(Cp)環(huán)中的12個價電子共18個價電子,分別填入相應(yīng)分子軌道中,無單電子存在,屬反磁性物質(zhì)。

從二茂鐵的結(jié)構(gòu)分析可知:首先,二茂鐵中Fe原子周圍共有36個電子,類似于Kr,故有很好的穩(wěn)定性;其二,因Cp具有芳香性,故Fe(Cp)2的許多性質(zhì)類似苯,發(fā)生親電取代等化學(xué)反應(yīng)時比苯還活潑;其三,二茂鐵中Fe2+與環(huán)戊二烯基陰離子配位后更容易發(fā)生氧化可逆反應(yīng);其四,二茂鐵中Fe2+大大降低了環(huán)戊二烯基的毒性,增加了其生物活性。由于二茂鐵分子結(jié)合了無機(jī)離子(Fe2+)和有機(jī)化合物(環(huán)戊二烯基)二者的優(yōu)點,所以用二茂鐵有機(jī)金屬化合物與有機(jī)無機(jī)活性中心制備微結(jié)構(gòu),以此為基礎(chǔ)制備分子開關(guān)、分子導(dǎo)線,分子記憶,分子識別,化學(xué)或生物傳感器、功能膜、非線性光學(xué)材料等,是最近幾年國內(nèi)外同行研究的熱點。

二茂鐵功能材料應(yīng)用于分子電子器件由超分子體構(gòu)成的結(jié)構(gòu)上有組織、功能上集成的化學(xué)系統(tǒng)稱為分子器件。分子電子器件是其中一類,用它代替現(xiàn)有的集成電路,將極大地提高集成度,分子電子器件可用于整流器、三極管、開關(guān)、分子導(dǎo)線、化學(xué)或生物傳感器等。由于二茂鐵中Fe2+與環(huán)戊二烯基陰離子配位后更容易發(fā)生電子得失可逆氧化還原反應(yīng),以二茂鐵為活性中心的分子級氧化還原開關(guān)材料在電致變色、光電記憶和光通訊領(lǐng)域具有較大的應(yīng)用價值。