基于“碳龍化學(xué)”的單分子電子學(xué)研究取得重要

 　　近日，廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院洪文晶教授課題組和夏海平教授課題組密切合作，首次在單分子尺度上研究了金屬雜芳環(huán)體系的電荷輸運(yùn)性質(zhì)，并以此提出了基于離域效應(yīng)變化的電輸運(yùn)調(diào)控新方法，相關(guān)研究成果以“Switching of Charge Transport Pathways via Delocalization Changes in Single-molecule Metallacycles Junctions”為題在線發(fā)表于J. Am. Chem. Soc.上。該工作是廈門大學(xué)原創(chuàng)的“碳龍化學(xué)(Carbolong Chemistry)”在性能研究方面的重要進(jìn)展。

　　【圖文導(dǎo)讀】

　　圖1 MCBJ裝置示意圖

　　圖2 復(fù)合物2、3、4的合成路線

　　【研究內(nèi)容】

　　芳香族骨架是分子電子學(xué)研究的重要結(jié)構(gòu)基元，金屬芳香體因嵌入過渡金屬原子而具有獨(dú)特的電學(xué)性質(zhì)，預(yù)示其在電子學(xué)領(lǐng)域具有潛在的重要應(yīng)用。本次研究結(jié)合夏海平教授課題組在碳龍化學(xué)領(lǐng)域的研究基礎(chǔ)和洪文晶教授課題組發(fā)展的高靈敏度單分子電輸運(yùn)表征技術(shù)，首先合成了三個以過渡金屬鋨為橋頭的金屬雜芳香化合物，單分子電學(xué)研究發(fā)現(xiàn)連接在金屬雜芳香環(huán)上的季磷(phosphonium)取代基所帶來的離域效應(yīng)變化可以顯著增強(qiáng)金屬雜芳香化合物的電輸運(yùn)性質(zhì)，從而使基于金屬雜芳香骨架的單分子器件電導(dǎo)提升超過一個數(shù)量級。這一研究工作證明金屬雜芳香骨架有望成為未來分子電子學(xué)中具有重要潛在應(yīng)用價(jià)值的結(jié)構(gòu)基元，該體系電子離域效應(yīng)的調(diào)控可為將來分子器件和分子材料的制備提供一種全新的設(shè)計(jì)思路。

　　該研究工作是在夏海平教授、洪文晶教授的共同指導(dǎo)下合作完成的，廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院化工系碩士研究生李瑞豪和化學(xué)系博士研究生路正宇作為本論文的共同第一作者，研究生蔡沅廷、蔣楓、陳志昕、唐淳、鄭玨婷、皮九禪、張蕊等共同完成，師佳副教授、陳招斌高級工程師、楊揚(yáng)助理教授和劉俊揚(yáng)博士也參與了部分研究工作，這一交叉研究充分體現(xiàn)了廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院化學(xué)、化工學(xué)科融合創(chuàng)新的研究特色。

　　這一工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2017YFA0204902)、自然科學(xué)基金項(xiàng)目(21673195，21503179，21490573)、千人計(jì)劃青年項(xiàng)目、固體表面物理化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、能源材料化學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心(2011-iChEM)以及石墨烯工程與產(chǎn)業(yè)研究院的支持。