分子导线的合成、组装及电子传输性能研究

分子导线作为未来分子电子学的重要组成部分，其合成、组装及电子传输性能研究是当今化学、物理、生物及微电子工程学等领域里一个非常热门的课题，而我国在这方面的研究几乎空白。本人在王献红研究员和王佛松院士的悉心指导下在国内率先开展了分子导线的研究工作。总结起来，前一段时间的工作成果主要有以下几个方面：一、功能化分子导线的合成 通过以Heck偶联为主的反应，我们合成出八种功能化的分子导线，其两端所带的功能团(-SAc, -NH_2, -NO_2, N_2BF_4)不仅可以使它们在不同的基底上实现组装，而且对于研究分子导线的电子传输性能，探讨分子导线在生物、化学传感器中的应用具有重大意义。我们对关键组分的合成作了重大改进。所有化合物都经过红外、核磁、质谱、元素分析或紫外－可见光谱等表征手段的鉴定。二、分子导线的固定相合成 分子导线在溶液相中合成碰到的最大难题是分离纯化。经过一段时间的积累，我们提出了一个双向快速增长的固定相合成路线，并采用该方案合成出长度接近50A两端为乙酰巯基“分子钳“的可溶性分子导线。我们的方案允许对分子导线进行精确地裁剪，并有望在现有的合成基础上经过简单的几步反应合成出具有逻辑、记忆和放大功能的单分子器件。三、分子导线的组装 我们将合成出的功能化分子导线组装在单晶或多晶金电极表面，通过扫描隧道显微镜观察了组装上分子导线单层后单晶金电极表面的形貌，通过电化学技术研究了分子导线自组膜的钝化行为，并现场观察了分子导线的组装过程。我们还讨论了分子导线的结构、长度及组装条件对自组膜性能的影响。四、分子导线的电子传输性能研究 我们将自组装技术和电化学纳米粒子沉积技术结合起来构筑了几种“金电极－分子导线－金的纳米粒子“的夹心结构，通过STM观察了整个过程中修饰电极表面形貌的变化。循环伏安和交流阻抗技术测定了这种夹心结构的电子传输性能，发现夹在两个金电极之间的分子导线单层具有很好的电子导通能力。作为比较，我们采用一种巧妙的办法将柔性的双硫醇单层夹在两个金电极之间，发现其电子传输性能明显比分子导线单层差。结合MM2力场理论计算结果，我们详细地讨论了分子导线的骨架结构、长度、对称性以及界面接触对分子导线电子传输性能的影响。