噻吩锚定基团的结构修饰对分子-电极结合的影响

作     者：雷永久 王旭 王治业 周疆豪 陈海舰 梁蕾 李云川 肖博怀 常帅 Yongjiu Lei;Xu Wang;Zhiye Wang;Jianghao Zhou;Haijian Chen;Lei Liang;Yunchuan Li;Bohuai Xiao;Shuai Chang

作者机构：武汉科技大学材料与冶金学院武汉430081 

基　　金：湖北省高校优秀中青年技术创新团队项目(T2021002) 华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室开放基金(202-skllmd-19)资助 

出 版 物：《物理化学学报》 (Acta Physico-Chimica Sinica)

年 卷 期：2023年第39卷第11期

页      码：103-108页

摘      要：锚定基团决定了分子与纳米电极的结合方式,对分子电导有着重要的影响,是分子电子学研究的重要内容。噻吩是有机光电功能材料中一种基本的构筑单元,在分子电子学研究中可以作为锚定基团,有望扩展分子电子学研究的目标分子结构基础。在本工作中,我们设计并合成了三种结构类似的π共轭分子BT-H、BT-Hex和BT-Cl,这三种分子具有相同的分子骨架,但两端噻吩4号位上的取代基(分别为H、正己基C6和Cl)不同。BT-H、BT-Hex和BT-Cl的噻吩可以作为锚定基团,使分子连接在金纳米间隙中形成单分子结。我们采用单分子电导测量技术研究了它们的电荷传输特性,也探索了噻吩锚定基团上修饰的取代基对分子-电极结合构型的影响。单分子电导测量结果表明,这三种分子均存在两种结合构型,它们分别对应高电导状态(GH)和低电导状态(GL),并且GH与GL的电导数值相差超过一个数量级。根据我们报道过的分子电导研究结果,两端以噻吩为锚定基团的分子可以产生GH与GL态,它们分别是分子的噻吩π轨道和噻吩S原子与金电极发生相互作用产生的(分别叫作Au―π和Au―S结合构型)。对于GL态,由于锚定基团上的取代基不同,电导数值发生了明显的变化,呈现出GBT-Hex>GBT-H>GBT-Cl的电导趋势。这主要是由于取代基的电子特性不同造成分子的最高占据分子轨道(HOMO)能级相对于Au费米能级的位置发生了偏移。对于GH态,锚定基团上不同的取代基对GH的电导值没有产生明显的影响。C6和Cl取代基会使Au-π结合构型出现的概率降低,导致了Au-π与Au-S两种分子-电极结合构型出现的相对比例发生变化。本工作对指导分子电子学研究中的分子结构设计,特别是在锚定基团的结构设计上具有重要意义。

主 题 词：单分子电导 分子构型 取代基 噻吩 扫描隧道显微镜裂结法 

学科分类：08[工学] 080501[080501] 0805[工学-能源动力学] 

核心收录：

D　O　I：10.3866/PKU.WHXB202212023

馆 藏 号：203124246...