單分子自由基電子器件取得新進(jìn)展

 

　　【成果簡介】

 

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

 

　　【圖文導(dǎo)讀】

 

　　圖1 示意圖

 

　　

 

 

 

　　MCBJ裝置的原理圖和PTZ衍生物的自由基觸發(fā)反應(yīng)。

 

　　圖2 性能表征

 

　　

 

 

 

　　在加入TFA后的兩天，甚至兩個(gè)月的時(shí)間內(nèi)，測量了自由基離子PTZ-BT+·的電導(dǎo)結(jié)果。淺粉色區(qū)域表明了PTZ自由基的單分子電導(dǎo)的長期穩(wěn)定性。

 

　　【研究內(nèi)容】

 

　　單分子尺度的電輸運(yùn)研究能夠?yàn)橛袡C(jī)電子材料和器件的設(shè)計(jì)提供實(shí)驗(yàn)支持，而自由基則是近年來該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。如何構(gòu)筑穩(wěn)定且具有獨(dú)特電輸運(yùn)性質(zhì)的自由基電子器件，是該領(lǐng)域現(xiàn)階段的核心挑戰(zhàn)之一。這一研究工作發(fā)現(xiàn)了吩噻嗪phenothiazine衍生物分子結(jié)在室溫下可通過原位反應(yīng)形成能夠長時(shí)間穩(wěn)定存在的自由基，且該自由基的形成使單分子電導(dǎo)提升了超過200倍。結(jié)合理論計(jì)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(qiáng)了自由基單分子結(jié)的電輸運(yùn)能力。這一研究工作表明了自由基在有機(jī)電子器件和電學(xué)材料中具有重要的潛在應(yīng)用價(jià)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(dǎo)下，通過跨學(xué)科的國際合作所完成的。該工作由廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院劉俊揚(yáng)博士、Durham大學(xué)ZhaoXiaotao博士、英國Lancaster大學(xué)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(yáng)助理教授也參與了部分研究工作。

 

　　在廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院化學(xué)工程與生物工程系建立研究團(tuán)隊(duì)之后，洪文晶教授課題組以精密科學(xué)儀器的自主研發(fā)為特色，致力于單分子尺度下的化學(xué)反應(yīng)、分子組裝和分子器件電輸運(yùn)研究。在2017年，洪文晶教授課題組在還與丹麥哥本哈根大學(xué)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(xué)測量的反應(yīng)動力學(xué)表征技術(shù)(Nature Communications, 2017, 8, 15436);與英國蘭卡斯特大學(xué)Colin Lambert教授、瑞士伯爾尼大學(xué)柳世霞博士合作，通過雜原子嵌入實(shí)現(xiàn)了單分子電輸運(yùn)中量子干涉效應(yīng)的有效調(diào)控(Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56(1): 173)。

 

　　這一工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2017YFA0204902)、自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(21673195)、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。

 

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

 

　　文獻(xiàn)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”)