郭雪峰課題組在分子器件中的界面效應(yīng)研究中取得系列新進(jìn)展
時(shí)間：2021-04-06 16:57:03學(xué)院：化學(xué)與分子工程學(xué)院學(xué)校：北京大學(xué)
? 郭雪峰課題組圍繞分子器件的接觸界面基礎(chǔ)科學(xué)問題，致力于發(fā)展制備穩(wěn)定納米/分子晶體管的普適性方法，研究異質(zhì)界面誘導(dǎo)的新奇物理化學(xué)現(xiàn)象，通過設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)對(duì)器件性能的調(diào)控，是世界上能開展單分子本征輸運(yùn)物性研究為數(shù)不多的幾個(gè)課題組之一。最近，他們?cè)诨谑╇姌O的第二代單分子器件的制備及界面調(diào)控研究中取得系列進(jìn)展。
??? 該課題組首先通過四年努力，發(fā)展了第二代的基于石墨烯納米電極的單分子器件研究平臺(tái)（Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 12228）。該平臺(tái)利用自上而下的微納加工技術(shù)制備出間隙小于10nm的石墨烯點(diǎn)電極陣列，然后利用自下而上的自組裝技術(shù)將單個(gè)分子通過酰胺共價(jià)鍵嫁接到納米電極之間，從而實(shí)現(xiàn)了高成功率、穩(wěn)定的單分子器件制備。在進(jìn)一步工作中，他們將功能單分子應(yīng)用到該體系，成功制備了對(duì)光、PH或化學(xué)環(huán)境有響應(yīng)的單分子開關(guān)（Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 3906），證實(shí)了該方法的普適性、可靠性和重現(xiàn)性。該器件平臺(tái)的主要發(fā)展者是曹陽(yáng)博士，她畢業(yè)后已赴英國(guó)曼徹斯特大學(xué)2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者Andre Geim課題組從事博士后研究。
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??? 電極與分子的接觸界面問題一直是分子電子器件研究的核心科學(xué)問題之一，也是該領(lǐng)域的難點(diǎn)和熱點(diǎn)。針對(duì)這一科學(xué)問題，他們應(yīng)《Chemical Society Reviews》邀請(qǐng)撰寫了指導(dǎo)性綜述（Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 5642。封面文章），詳細(xì)討論了如何形成電極與分子間的不同接觸界面和如何控制它們之間的耦合程度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)分子本征性能調(diào)控的策略；應(yīng)《Advanced Materials》邀請(qǐng)撰寫了如何利用電極與分子的可靠接觸界面發(fā)展在單分子檢測(cè)方面的潛在應(yīng)用的評(píng)論性綜述（Adv. Mater. 2013, 25, 3397。封面文章）?；谶@些思路，最近該課題組利用已發(fā)展起來的單分子研究平臺(tái)將系列二芳烯衍生物應(yīng)用到單分子器件，通過分子工程設(shè)計(jì)進(jìn)行結(jié)構(gòu)改性的手段達(dá)到了對(duì)分子和石墨烯電極的界面電子結(jié)構(gòu)的調(diào)控，從而成功地實(shí)現(xiàn)了單分子光開關(guān)效應(yīng)，并結(jié)合理論模擬揭示了內(nèi)在的光誘導(dǎo)電導(dǎo)和量子傳輸機(jī)制的變化規(guī)律。該項(xiàng)工作近期發(fā)表于Angew. Chem. Int. Ed.（DOI: 10.1002/anie.201304301），被Angew. Chem.編委選為“hot paper”，也被Nature以“Single-Molecule Electric Switch”為題作為亮點(diǎn)工作報(bào)道（Nature 2013, 499, 129。http://www.nature.com/nature/journal/v499/n7457/full/499129c.html）。該項(xiàng)工作的共同第一作者分別是博士研究生賈傳成同學(xué)和王進(jìn)瑩同學(xué)。利用相同的界面調(diào)控思路，他們還將單層雙穩(wěn)的環(huán)軸烴分子同石墨烯電極結(jié)合，成功實(shí)現(xiàn)了單層分子界面調(diào)控的邏輯智能場(chǎng)效應(yīng)晶體管（Adv. Mater. 2013, DOI: 10.1002/adma. 201302393）。
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??? 這些工作的合作者包括劉忠范院士（北京大學(xué)）、劉志榮教授（北京大學(xué)）、J. Fraser Stoddart教授（Northwestern University）等，并得到了科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委和教育部基金的資助。
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