研究新型自由基分子的输运性质

最近，化学材料的重要课题之一是分子自旋电子学，因为它结合了分子电子学和自旋电子学的优点[66-72]。有机化合物（organic compounds）发生化学反应时，总是伴随着一部分共价键（covalent bond）的断裂和新的共价键的生成。当共价键发生均裂（homolyticbondcleavage）时，两个成键电子的分离所形成的碎片有一个未成对电子，如H·、CH·、Cl·等。若是由一个以上的原子组成时，称为自由基（radical）。因为存在未成对电子，自由基和自由原子非常活泼，通常无法分离得到。不过在许多反应中，自由基和自由原子以中间体的形式存在，尽管浓度很低、存留时间很短。外界环境中的阳光辐射、空气污染、吸烟、农药等都会使人体产生更多活性氧自由基，使核酸突变，这是人类衰老和患病的根源。体内活性氧自由基具有一定的功能，如免疫和信号传导过程。但过多的活性氧自由基就会有破坏作用，导致人体正常细胞和组织的损坏，从而引起多种疾病，如心脏病、老年痴呆症、帕金森病和肿瘤。自由基还可以通过一个原子或者分子的氧化还原过程来形成。自由基由于含有不成对电子，表现得非常活跃，而存在空间相当广泛。

科学家在20世纪初从烟囱排放的气体中和汽车尾气中发现了这种十分活跃的物质。随后的研究表明，自由基的生成过程复杂多样，如加热、燃烧、光照，一种物质与另一种物质的接触或任何一种化学反应都会产生自由基。简单地说，在日常生活中，烹饪、吸烟等活动都会产生自由基。在化妆品等化工产品中，也含有一定量的自由基。自由基的种类非常多，自由基存在的空间也是无处不在。它们以不同的结构特征，在与其他元素结合时发挥着不同的作用。人体里也有自由基。受控的自由基对人体是有益的。它们既可以帮助传递维持生命活力的能量，也可以被用来杀灭细菌和寄生虫，还能参与排除毒素。但当人体中的自由基超过一定量时，便会失去控制，给人们的生命带来伤害。生命体内的自由基是与生俱来的，既然生命能历经35亿年沧桑而延续至今，就说明生命本身具有平衡自由基，或者说，清除多余自由基的能力。然而，随着人类文明的飞速发展，在科学技术给人类创造了巨大生产力的同时也带来了大量的副产品，其中就有与日俱增的自由基。化学制剂的大量使用、汽车尾气和工业生产废气的增加，还有核爆炸等，这些活动都会导致自由基的产生。人类文明活动还在不断破坏着生态环境，制造着更多的自由基。骤然增加的自由基，早已超过了人以及生命所能正常保持平衡的标准，人类健康面临着前所未有的严峻挑战。(www.xing528.com)

作为研究分子系统中自旋输运性质的新颖和有前景的领域，分子自旋电子学在磁记录和记忆装置等方面具有潜在的应用[73-84]。为分子自旋电子学找到合适的材料是研究人员的重要任务之一。由轻元素组成的开壳分子，由于弱自旋轨道耦合和超精细相互作用，因此高自旋有机基团是分子自旋电子学的好材料。许多研究表明，有机自由基用于自旋过滤器[85，86]、电池、生产高品质石墨烯的辅助材料、功能分子材料的构件材料、有机光二极管和半金属等[87-94]。