【儀表網 研發快訊】近日，西安交通大學前沿科學技術研究院何剛教授團隊圍繞光電功能界面與電子傳輸調控開展系統研究，在光催化、規模化儲能與智能傳感等方向形成系列原創成果。聚焦紫精類功能分子的結構設計與界面耦合機制，近期兩項工作分別從“離子—電子耦合調控”和“界面定向電子傳輸”兩個層面，進一步拓展了紫精基功能材料在類腦計算與太陽能轉化領域的應用潛力，也為發展低功耗智能器件與高穩定性能源催化體系提供了新的研究思路。相關成果均發表于國際化學領域權威期刊Angewandte Chemie International Edition，展現了團隊在紫精基功能分子設計、離子/電子耦合調控及界面電子傳輸機制等方面的持續創新能力。
在有機電化學神經形態器件方向，團隊聚焦神經形態計算中低功耗“存算一體”器件的發展需求，針對傳統電化學離子門控器件在低電壓工作條件下穩定性、可重復性與長期循環耐久性不足等問題，提出了基于分子工程與離子/電子協同調控的新策略。研究團隊在紫精骨架中引入噻吩單元，構筑了噻吩紫精(thienoviologen)體系，并開發出高性能電化學神經形態器件(Electrochemical Neuromorphic Device)。該分子設計有效調控了材料電子結構與電化學活性，降低了能隙，并增強了可逆氧化還原及自由基相關過程的穩定性，使器件能夠在低電壓條件下實現連續可調的電導響應與可靠離子門控調制。器件在±1 V范圍內即可實現穩定模擬突觸行為，脈沖循環壽命達到十萬次量級，并進一步實現了脈沖時序依賴可塑性(STDP)、聯想學習電路以及NAND、XOR等雙端邏輯運算，展現出“學習—計算”一體化的應用潛力。在卷積神經網絡圖像識別等任務中，該器件作為模擬突觸權重表現出良好的識別準確率與魯棒性，為紫精基有機材料在低功耗類腦計算與智能電子器件中的應用提供了新路徑。
相關成果以Bioinspired High-Performance Neuromorphic Devices Enabled by Thienoviologen-Based Electrochemical Ion Gating(《基于噻吩紫精電化學離子門控的仿生高性能神經形態器件》)為題發表于 Angewandte Chemie International Edition(《德國應用化學》)，并入選Frontispiece。前沿院博士研究生孫思宇、副教授張越巘為共同第一作者，何剛教授為通訊作者。
與此同時，在紫精基光催化方向，團隊針對傳統光催化體系中光生載流子復合嚴重、界面電子傳輸效率低以及結構穩定性不足等關鍵問題，提出“平行界面工程”新策略，通過構筑硒紫精電子介體與單原子Pt/缺陷g-C3N4之間的雙共價平行界面，建立穩定高效的定向電子傳輸通道，實現了界面電子流的精準調控。研究表明，該平行界面結構顯著增強了界面電子耦合與電荷分離效率，促進光生電子快速遷移至催化位點。超快光譜與理論計算結果共同證實，該“電子天橋”結構將正向電子轉移速率提升至0.043 L·g-1·s-1，電荷分離壽命延長至7998.8 ps。在可見光條件下，體系實現了3231.9μmol·h-1·g-1的產氫速率以及1390.6 μmol·h-1·g-1的芐胺氧化速率，在連續144小時循環測試后仍保持92%的初始產氫活性，表現出優異的結構穩定性與循環耐久性。該工作系統比較了靜電連接、單邊共價連接與雙共價平行連接等不同界面構筑模式，結合界面調控、電子介體構筑與單原子催化，為解決光催化體系中界面電子傳輸效率低與結構易失穩等問題提供了新的分子設計思路。
相關成果以Parallel Interface Engineering of Single-Atom Pt/g-C3N4 and Selenoviologen for Durable Photocatalysis via Efficient Directional Electron Flow(《單原子Pt/g-C3N4與含硒紫精的平行界面工程：通過高效定向電子傳輸實現穩定光催化》)為題發表于Angewandte Chemie International Edition(《德國應用化學》)。前沿院博士研究生張朝光為論文第一作者，何剛教授、李國平副教授為共同通訊作者。
相關研究工作得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃、西安交通大學自主創新能力提升項目、中央高校基本科研業務費、博士后科學基金以及西安交通大學分析測試共享中心、高性能計算平臺等支持。
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