二维金属有机框架薄膜实现光电子人工突触可塑性

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被广泛的研究。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走向应用的理想途径。

二维导电金属有机框架薄膜（metal-organic framework, MOF）是金属离子和有机配体通过配位键连接而成的多孔材料。由于其具有高的结构稳定性、性能可调和优异的导电性等优势，在催化、能源、生物医药、微电子器件等领域具有巨大的应用潜力。

近日，中科院化学所陈建毅研究员（点击查看介绍）、刘云圻院士（点击查看介绍）以四（4-羟基苯基）卟啉为配体，设计并合成了一种新型二维层状导电MOF薄膜（Cu-THPP），进一步探索了其在光电导人工突触领域的应用。

以Cu-THPP MOF薄膜为活性层制备的人工突触器件对420 nm激光具有良好的光电响应。当外界激发光撤去后，该器件表现出电流信号记忆效应。当该器件连续受到外界光激发时，表现出电流增强效应。这与人脑突触的记忆功能类似。即：单次学习会是人脑产生短时记忆，而多次重复学习有助于提高大脑的记忆。

同时，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。在低频率刺激下（0.1 HZ），该人工突触器件的记忆时间不足100 s。在高频率刺激下（20 HZ），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。总体而言，本工作成功合成了一种新型二维层状Cu-THPP MOF薄膜，并实现了模拟人脑突触记忆的基础功能。这为进一步开发MOF材料及探索其在人工智能、人工突触、人工视网膜等新兴领域的应用奠定了基础。

以上成果近期在Angewandte Chemie International Edition 上发表，文章第一作者是中科院化学所2019级博士生刘友星，通讯作者为陈建毅研究员、刘云圻院士。

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Two-dimensional metal organic framework film for realizing optoelectronic synaptic plasticity

Youxing Liu, Yanan Wei, Minghui Liu, Yichao Bai, Guocai Liu, Xinyu Wang, Shengcong Shang, Changsheng Du, Jianyi Chen*, Yunqi Liu*

Angew. Chem. Int. Ed., 2021, DOI: 10.1002/anie.202106519

团队介绍

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。主要研究领域包括二维材料（石墨烯、BN薄膜、TMD、二维MOF、COF薄膜等）的制备及表征、分子材料的设计与合成、有机/聚合物材料发光二极管、有机场效应晶体管和气体传感器等。目前已 发表SCI论文600余篇，他人引用4万余次，h因子大于100，获授权中国发明专利80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。2007，2016，2019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。2014‒2020年入选汤森路透全球"高被引科学家"目录。曾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，现为中国化学会有机固体专业委员会副主任、中国材料研究学会功能分子材料与器件分会主任，和担任Nanoscale, Flexible Printed Electronics，ACS Materials Letter等6种期刊的编委/顾问委员会成员。

https://www.x-mol.com/university/faculty/15488 

陈建毅研究员，中科院百人。主要研究兴趣包括石墨烯材料与器件、 有机二维原子晶体的设计与合成、二维MOF、COF、TMD的合成及表征等。目前已在PNAS, Adv. Mater., Angew. Chem. Int. Ed., JACS, Phys. Rev. Lett. 等期刊上发表数十篇研究论文。

https://www.x-mol.com/university/faculty/178034