單分子自由基電子器件取得新進展

 

　　【成果簡介】

 

　　廈門大學化學化工學院洪文晶教授課題組與英國Durham大學MartinBryce課題組，Lancaster大學Colin Lambert課題組合作，提出了基于原位反應形成自由基以調控單分子器件電輸運性質的新思路，相關研究成果以“Radical Enhanced Charge Transport in Single-Molecule Phenothiazine Electrical Junctions”為題在線發表于Angewandte Chemie International Edition上。

 

　　【圖文導讀】

 

　　圖1 示意圖

 

　　

 

 

 

　　MCBJ裝置的原理圖和PTZ衍生物的自由基觸發反應。

 

　　圖2 性能表征

 

　　

 

 

 

　　在加入TFA后的兩天，甚至兩個月的時間內，測量了自由基離子PTZ-BT+·的電導結果。淺粉色區域表明了PTZ自由基的單分子電導的長期穩定性。

 

　　【研究內容】

 

　　單分子尺度的電輸運研究能夠為有機電子材料和器件的設計提供實驗支持，而自由基則是近年來該領域的研究熱點。如何構筑穩定且具有獨特電輸運性質的自由基電子器件，是該領域現階段的核心挑戰之一。這一研究工作發現了吩噻嗪phenothiazine衍生物分子結在室溫下可通過原位反應形成能夠長時間穩定存在的自由基，且該自由基的形成使單分子電導提升了超過200倍。結合理論計算，研究者指出，自由基的形成極大地縮小了分子器件的HOMO-LUMO能帶隙，從而顯著增強了自由基單分子結的電輸運能力。這一研究工作表明了自由基在有機電子器件和電學材料中具有重要的潛在應用價值。

 

　　該研究工作是在洪文晶教授、MartinBryce教授、Colin Lambert教授的共同指導下，通過跨學科的國際合作所完成的。該工作由廈門大學化學化工學院劉俊揚博士、Durham大學ZhaoXiaotao博士、英國Lancaster大學Qusiy Al-Galiby博士作為共同第一作者，該院研究生黃曉艷、鄭玨婷、李瑞豪等共同完成，師佳副教授與薩本棟微納研究院楊揚助理教授也參與了部分研究工作。

 

　　在廈門大學化學化工學院化學工程與生物工程系建立研究團隊之后，洪文晶教授課題組以精密科學儀器的自主研發為特色，致力于單分子尺度下的化學反應、分子組裝和分子器件電輸運研究。在2017年，洪文晶教授課題組在還與丹麥哥本哈根大學Mogens B. Nielsen教授課題組、Kurt V. Mikkelsen教授和Gemma C. Solomon教授課題組合作，提出了在基于單分子電學測量的反應動力學表征技術(Nature Communications, 2017, 8, 15436);與英國蘭卡斯特大學Colin Lambert教授、瑞士伯爾尼大學柳世霞博士合作，通過雜原子嵌入實現了單分子電輸運中量子干涉效應的有效調控(Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56(1): 173)。

 

　　這一工作得到了國家重點研發計劃(2017YFA0204902)、自然科學基金面上項目(21673195)、千人計劃青年項目、固體表面物理化學國家重點實驗室、能源材料化學協同創新中心(2011-iChEM)以及石墨烯工程與產業研究院的支持。

 

　　原文鏈接：http://chem.xmu.edu.cn/show.asp?id=2243

 

　　文獻鏈接：Radical Enhanced Charge Transport in Single-Molecule Phenothiazine Electrical Junctions (Angew. Chem. Int. Ed.，2017, DOI:10.1002/anie.201707710)(見下方“閱讀原文”)