基于“碳龍化學”的單分子電子學研究取得重要

 　　近日，廈門大學化學化工學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體系的電荷輸運性質，并以此提出了基于離域效應變化的電輸運調控新方法，相關研究成果以“Switching of Charge Transport Pathways via Delocalization Changes in Single-molecule Metallacycles Junctions”為題在線發表于J. Am. Chem. Soc.上。該工作是廈門大學原創的“碳龍化學(Carbolong Chemistry)”在性能研究方面的重要進展。

　　【圖文導讀】

　　圖1 MCBJ裝置示意圖

　　圖2 復合物2、3、4的合成路線

　　【研究內容】

　　芳香族骨架是分子電子學研究的重要結構基元，金屬芳香體因嵌入過渡金屬原子而具有獨特的電學性質，預示其在電子學領域具有潛在的重要應用。本次研究結合夏海平教授課題組在碳龍化學領域的研究基礎和洪文晶教授課題組發展的高靈敏度單分子電輸運表征技術，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，單分子電學研究發現連接在金屬雜芳香環上的季磷(phosphonium)取代基所帶來的離域效應變化可以顯著增強金屬雜芳香化合物的電輸運性質，從而使基于金屬雜芳香骨架的單分子器件電導提升超過一個數量級。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中具有重要潛在應用價值的結構基元，該體系電子離域效應的調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計思路。

　　該研究工作是在夏海平教授、洪文晶教授的共同指導下合作完成的，廈門大學化學化工學院化工系碩士研究生李瑞豪和化學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、楊揚助理教授和劉俊揚博士也參與了部分研究工作，這一交叉研究充分體現了廈門大學化學化工學院化學、化工學科融合創新的研究特色。

　　這一工作得到了國家重點研發計劃(2017YFA0204902)、自然科學基金項目(21673195，21503179，21490573)、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。