刘云圻课题组利用二维金属有机框架薄膜实现光电子人工突触可塑性

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近年来，人工突触成为了国内外关注的热点。基于钙钛矿、有机聚合物、无机半导体等材料的人工突触器件已经得到广泛的研究，但材料的稳定性是阻碍人工突触器件进一步发展的瓶颈。因此，开发高稳定性新型材料是实现人工突触应用的重要途径。

图 人脑记忆和神经突触器件

　　在国家自然科学基金委和中国科学院先导B专项的支持下，化学所有机固体重点实验室陈建毅研究员和刘云圻院士开展了金属有机框架 (MOF) 材料薄膜的可控组装与规模化制备研究，并取得了系列研究进展（Mater. Chem. Front. 2020, 4, 243；Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 2887；Adv. Mater. 2021, 33, 2007741)。
　　最近，他们以5,10,15,20-四(4-羟苯基)卟啉（THPP）为有机配体，设计并合成了一种新型的二维层状导电Cu-THPP MOF薄膜，并在此基础上，组装了光电子人工突触器件。该器件对光强、光功率、光频率、光刺激数等外界刺激信号产生了不同的记忆时间和记忆强度。其中，器件的记忆时间随激发光的频率提高而延长。在0.1 HZ的低频率刺激下，该人工突触器件的记忆时间不足100 s，而在20 HZ的高频率刺激下，该人工突触器件的记忆时间超过300 s，这与人脑突触的记忆是一致的，即短期的训练或学习会促进人脑产生短程记忆，而长期的高频率重复训练或学习有助于人脑产生长程记忆。该工作首次利用MOF材料模拟人脑突触记忆的基础功能，这为进一步开发MOF材料在人工智能、人工突触和人工视网膜等新兴领域的应用奠定了基础。相关研究结果发表于近期的Angewandte Chemie International Edition期刊上（Angew. Chem. Int. Ed. 10.1002/anie.202106519）。文章第一作者是博士生刘友星，通讯作者为陈建毅研究员和刘云圻院士。


   文章来源：化学所
        刘云圻研究员，中国科学院院士，第三世界科学院院士。物理化学家，1949年2月生于江苏省靖江市。 1975年毕业于南京大学化学系，1991年在日本东京工业大学获博士学位。长期从事分子材料与器件的研究。总结发展了高性能分子材料的设计思想和提出了性能调控的新方法。证实了扩展π体系是实现高迁移率的重要途径，合成了具有优异光电性能的新型π共轭分子材料。首次提出了液态铜催化剂生长石墨烯的概念，获得了高质量单晶石墨烯；制备了第一个氮掺杂的石墨烯，实现了对石墨烯电学性能的调控；开拓了在介电层上直接生长石墨烯的新方法。揭示了界面对器件性能的影响规律，开发了新的溶液法加工技术，实现了器件的多功能化。发表SCI论文500余篇(其中130余篇发表在影响因子大于10的期刊上)，他人引用2万余次，h因子大于80，获授权中国发明专利70项，出版专著一部及19章节，在国内外学术会议上做大会/邀请报告100余次。2007，2016年获国家自然科学二等奖各一项，2017年度获北京市自然科学一等奖。2014, 2015和2016年入选汤森路透全球"高被引科学家"目录。现为科技部国家重点基础研究发展计划（973计划）重大科学前沿领域第四届专家咨询组副组长、中国化学会理事、有机固体专业委员会副主任，和担任Scientific Reports, Nanoscale, Flexible Printed Electronics等6种期刊的编委/顾问委员会成员。         陈建毅， 1979年3月出生，中国科学院化学研究所研究员，博士生导师。研究方向：石墨烯材料与器件；有机二维原子晶体的设计与合成；有机二维电子学。