在设计光电器件(如太阳能电池、光催化剂和光电探测器)时，科学家通常优先考虑稳定且具有可调特性的材料。这使他们能够精确控制材料的光学特性，并确保在环境条件变化的情况下随着时间的推移保持其特性。

有机-无机纳米杂化物由通过配位键附着在胶体无机纳米晶表面的有机配体组成，在这方面很有前景。众所周知，由于反应性无机纳米晶体周围的有机配体形成保护层，它们表现出增强的稳定性。然而，已经发现有机配体的掺入会降低无机纳米晶体的电导率和光子吸收效率。

在一项关于配体-纳米晶体相互作用的突破性研究中，来自的研究人员现在证明了有机配体在纳米晶体表面上的准可逆位移。他们的研究结果发表在ACS Nano上，为有机配体锚定在纳米晶体表面的普遍信念提供了新的视角。

由立命馆大学的Yoichi Kobayashi教授领导的研究小组发现，通过将材料暴露在可见光下，可以将材料暴露在可见光下，使苝双酰亚胺与羧基(PBI)和无机硫化锌(ZnS)纳米晶体之间的配位键可逆地置换。

小林教授阐明了有机-无机纳米杂化物的这种新行为，他说：“我们通过使用苝双酰亚胺与羧基(PBI)配位硫化锌(ZnS)NCs(PBI-ZnS)作为模型系统，探索了有机-无机纳米杂化物体系的配体性质。我们的发现提供了芳香配体与半导体纳米晶体光诱导置换的第一个例子。

在他们的研究中，研究人员进行了理论分析和实验研究，以了解材料独特的光诱导特性。他们首先进行了密度泛函理论计算，以研究PBI-ZnS([PBI-Zn)的结构和轨道25S31]-)，在其基态和第一激发态中。

接下来，他们进行了时间分辨脉冲受激拉曼光谱，用超快激光激发样品。这有助于他们分析相应的拉曼光谱，揭示PBI-ZnS激发态的性质。

实验观察和计算表明，在光激发后，一个电子从PBI分子中激发，相应的“空穴”(由于没有电子而形成的空位)迅速从芳香配体(PBI)移动到ZnS。这导致长寿命、带负电荷的PBI离子从ZnS纳米晶体表面移位。

然而，随着时间的推移，位移的配体与ZnS纳米晶体的表面缺陷重新结合，导致配位PBI的准可逆光诱导位移。值得注意的是，在本研究中观察到的配位配体分子的动态行为与典型的光诱导电荷转移过程中观察到的行为不同，其中空穴通常保留在供体分子上，使其能够快速与电子重新结合。

小林教授在解释这些发现的重要性时说：“对配体-纳米晶体相互作用的精确理解不仅对基础纳米科学很重要，而且对于使用纳米材料开发先进的光功能材料也很重要。其中包括使用可见光分解持久性化学品的光催化剂和可穿戴设备的光导微电路图案。

事实上，这项研究的结果为增强芳香族分子无机材料的可调性和功能性提供了一条有希望的途径。反过来，这可能会在未来对基础纳米科学和光化学领域产生重大影响。