具有光電活性的二茂鐵功能材料是現代科學技術的重要基礎材料,也是世界各國競相研究的焦點。伴隨著光電子高科技行業、信息存儲系統和光伏電池等節能材料與信息產業的迅速崛起和巨大的應用前景與廣闊的市場,各國對光電功能材料與器件的設計、制備與性能優化的要求愈加強烈,標準越來越高,其特點正朝著“四化”———清潔化、微型化、輕型化、集成化和“五高”———高節能、高速度、高效率、高密度、高穩定性的方向發展。顯然,高性能光電功能材料的設計與制備成為決定節能材料與信息產業發展的關鍵環節和瓶頸。因此,滿足現代光電功能器件要求的性能優異的材料研究,正在迅速地形成一門新興學科———微觀結構和宏觀性能聯系在一起的分子工程與微結構工程學科。

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

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

二茂鐵功能材料應用于分子電子器件由超分子體構成的結構上有組織、功能上集成的化學系統稱為分子器件。分子電子器件是其中一類,用它代替現有的集成電路,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、分子導線、化學或生物傳感器等。由于二茂鐵中Fe2+與環戊二烯基陰離子配位后更容易發生電子得失可逆氧化還原反應,以二茂鐵為活性中心的分子級氧化還原開關材料在電致變色、光電記憶和光通訊領域具有較大的應用價值。