噻吩锚定基团的结构修饰对分子-电极结合的影响

雷永久 王旭 王治业 周疆豪 陈海舰 梁蕾 李云川 肖博怀 常帅

引用本文: 雷永久, 王旭, 王治业, 周疆豪, 陈海舰, 梁蕾, 李云川, 肖博怀, 常帅. 噻吩锚定基团的结构修饰对分子-电极结合的影响[J]. 物理化学学报, 2023, 39(11): 221202. doi: 10.3866/PKU.WHXB202212023 shu
Citation:  Yongjiu Lei, Xu Wang, Zhiye Wang, Jianghao Zhou, Haijian Chen, Lei Liang, Yunchuan Li, Bohuai Xiao, Shuai Chang. Effect of Modified Thiophene Anchor on Molecule-Electrode Bonding[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2023, 39(11): 221202. doi: 10.3866/PKU.WHXB202212023 shu

噻吩锚定基团的结构修饰对分子-电极结合的影响

    通讯作者: 李云川, yc.l@wust.edu.cn; 肖博怀, xiaobhuai@foxmail.com; 常帅, schang23@wust.edu.cn
  • 基金项目:

    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 2022-skllmd-19

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GHGL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GHGL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。

English

    1. [1]

      Buchanan, M. Nat. Phys. 2016, 12 (3), 200. doi: 10.1038/nphys3685

    2. [2]

      杨扬, 刘俊扬, 晏润文, 吴德印, 田中群. 高等学校化学学报, 2015, 36 (1), 9. doi: 10.7503/cjcu20140941Yang, Y.; Liu, J. Y.; Yan, R. W.; Wu, D. Y.; Tian, Z. Q. Chem. J. Chin. Univ. 2015, 36 (1), 9. doi: 10.7503/cjcu20140941

    3. [3]

      余培锴, 冯安妮, 赵世强, 魏珺颖, 杨扬, 师佳, 洪文晶. 物理化学学报, 2019, 35 (8), 829. doi: 10.3866/PKU.WHXB201811027Yu, P. K.; Feng, A. N.; Zhao, S. Q.; Wei, J. Y.; Yang, Y.; Shi, J.; Hong, W. J. Acta Phys. -Chim. Sin. 2019, 35 (8), 829. doi: 10.3866/PKU.WHXB201811027

    4. [4]

      Diez-Perez, I.; Hihath, J.; Lee, Y.; Yu, L. P.; Adamska, L.; Kozhushner, M. A.; Oleynik, II; Tao, N. J. Nat. Chem. 2009, 1 (8), 635. doi: 10.1038/nchem.392

    5. [5]

      Daaoub, A.; Sangtarash, S.; Sadeghi, H. Nanomaterials 2020, 10 (8), 7. doi: 10.3390/nano10081544

    6. [6]

      Quek, S. Y.; Kamenetska, M.; Steigerwald, M. L.; Choi, H. J.; Louie, S. G.; Hybertsen, M. S.; Neaton, J. B.; Venkataraman, L. Nat. Nanotechnol. 2009, 4 (4), 230. doi: 10.1038/nnano.2009.10

    7. [7]

      Komoto, Y.; Fujii, S.; Iwane, M.; Kiguchi, M. J. Mater. Chem. C 2016, 4 (38), 8842. doi: 10.1039/c6tc03268k

    8. [8]

      Mathew, P. T.; Fang, F. Engineering 2018, 4 (6), 760. doi: 10.1016/j.eng.2018.11.001

    9. [9]

      Chen, Y. R.; Huang, L. F.; Chen, H.; Chen, Z. X.; Zhang, H. W.; Xiao, Z. Y.; Hong, W. J. Chin. J. Chem. 2021, 39 (2), 421. doi: 10.1002/cjoc.202000420

    10. [10]

      Chen, F.; Li, X.; Hihath, J.; Huang, Z.; Tao, N. J. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128 (49), 15874. doi: 10.1021/ja065864k

    11. [11]

      Ie, Y.; Tanaka, K.; Tashiro, A.; Lee, S. K.; Testai, H. R.; Yamada, R.; Tada, H.; Aso, Y. J. Phys. Chem. Lett. 2015, 6 (18), 3754. doi: 10.1021/acs.jpclett.5b01662

    12. [12]

      Kaliginedi, V.; Rudnev, A. V.; Moreno-Garcia, P.; Baghernejad, M.; Huang, C. C.; Hong, W. J.; Wandlowski, T. Phys. Chem. Chem. Phys. 2014, 16 (43), 23529. doi: 10.1039/c4cp03605k

    13. [13]

      Sebera, J.; Lindner, M.; Gasior, J.; Meszaros, G.; Fuhr, O.; Mayor, M.; Valasek, M.; Kolivoska, V.; Hromadova, M. Nanoscale 2019, 11 (27), 12959. doi: 10.1039/c9nr04071d

    14. [14]

      Huang, Z.; Chen, F.; Bennett, P. A.; Tao, N. J. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129 (43), 13225. doi: 10.1021/ja074456t

    15. [15]

      Xie, Z. T.; Baldea, I.; Haugstad, G.; Frisbie, C. D. J. Am. Chem. Soc. 2019, 141 (1), 497. doi: 10.1021/jacs.8b11248

    16. [16]

      Ohto, T.; Inoue, T.; Stewart, H.; Numai, Y.; Aso, Y.; Ie, Y.; Yamada, R.; Tada, H. J. Phys. Chem. Lett. 2019, 10 (18), 5292. doi: 10.1021/acs.jpclett.9b02059

    17. [17]

      Xu, Y. X.; Sun, L. Y.; Wu, J. F.; Ye, W. Y.; Chen, Y. S.; Zhang, S. M.; Miao, C. Y.; Huang, H. Dyes Pigment. 2019, 168, 36. doi: 10.1016/j.dyepig.2019.04.050

    18. [18]

      Byeon, S. Y.; Han, S. H.; Lee, J. Y. Dyes Pigment. 2018, 155, 114. doi: 10.1016/j.dyepig.2018.03.033

    19. [19]

      Oniwa, K.; Kikuchi, H.; Shimotani, H.; Ikeda, S.; Asao, N.; Yamamoto, Y.; Tanigaki, K.; Jin, T. N. Chem. Commun. 2016, 52 (26), 4800. doi: 10.1039/c6cc00948d

    20. [20]

      Zhou, J.; Yang, Y. X.; Liu, P.; Camillone, N.; White, M. G. J. Phys. Chem. C 2010, 114 (32), 13670. doi: 10.1021/jp1025009

    21. [21]

      Mao, J. -C.; Peng, L. -L.; Li, W. -Q.; Chen, F.; Wang, H. -G.; Shao, Y.; Zhou, X. -S.; Zhao, X. -Q.; Xie, H. -J.; Niu, Z. -J. J. Phys. Chem. C 2017, 121 (3), 1472. doi: 10.1021/acs.jpcc.6b10925

    22. [22]

      Huang, M.; Dong, J.; Wang, Z.; Li, Y.; Yu, L.; Liu, Y.; Qian, G.; Chang, S. Chem. Commun. 2020, 56 (94), 14789. doi: 10.1039/d0cc05602b

    23. [23]

      Huang, M.; Zhou, Q.; Liang, F.; Yu, L.; Xiao, B.; Li, Y.; Zhang, M.; Chen, Y.; He, J.; Xiao, S.; et al. Nano Lett. 2021, 21 (12), 5409. doi: 10.1021/acs.nanolett.1c01882

    24. [24]

      Chen, H.; Li, Y.; Chang, S. Anal. Chem. 2020, 92 (9), 6423. doi: 10.1021/acs.analchem.9b05549

    25. [25]

      Wang, Z.; Huang, M.; Dong, J.; Wang, X.; Li, Y.; Sun, M.; Chang, S. J. Phys. Chem. C 2023, 127 (5), 2518. doi: 10.1021/acs.jpcc.2c06683

    26. [26]

      Li, Y.; Xiao, B.; Chen, R.; Chen, H.; Dong, J.; Liu, Y.; Chang, S. Chem. Commun. 2019, 55 (57), 8325. doi: 10.1039/c9cc02998b

    27. [27]

      华煜晖, 张弘, 夏海平. 有机化学, 2018, 38 (1), 11. doi: 10.6023/cjoc201709009Hua, Y.; Zhang, H.; Xia, H. Chin. J. Org. Chem. 2018, 38 (1), 11. doi: 10.6023/cjoc201709009

    28. [28]

      Moellmann, J.; Grimme, S. J. Phys. Chem. C 2014, 118 (14), 7615. doi: 10.1021/jp501237c

    29. [29]

      Smith, D. G.; Burns, L. A.; Patkowski, K.; Sherrill, C. D. J. Phys. Chem. Lett. 2016, 7 (12), 2197. doi: 10.1021/acs.jpclett.6b00780

    30. [30]

      Li, S. S.; Jira, E. R.; Angello, N. H.; Li, J. L.; Yu, H.; Moore, J. S.; Diao, Y.; Burke, M. D.; Schroeder, C. M. Nat. Commun. 2022, 13 (1), 8. doi: 10.1038/s41467-022-29796-2

    31. [31]

      Makk, P.; Tomaszewski, D.; Martinek, J.; Balogh, Z.; Csonka, S.; Wawrzyniak, M.; Frei, M.; Venkataraman, L.; Halbritter, A. ACS Nano 2012, 6 (4), 3411. doi: 10.1021/nn300440f

    32. [32]

      Balogh, Z.; Makk, P.; Halbritter, A. Beilstein J. Nanotechnology 2015, 6, 1369. doi: 10.3762/bjnano.6.141

    33. [33]

      Huang, C.; Jevric, M.; Borges, A.; Olsen, S. T.; Hamill, J. M.; Zheng, J. T.; Yang, Y.; Rudnev, A.; Baghernejad, M.; Broekmann, P.; et al. Nat. Commun. 2017, 8, 15436. doi: 10.1038/ncomms15436

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  12
  • 文章访问数:  4543
  • HTML全文浏览量:  225
文章相关
  • 发布日期:  2023-11-15
  • 收稿日期:  2022-12-14
  • 接受日期:  2023-02-28
  • 修回日期:  2023-02-27
  • 网络出版日期:  2023-03-09
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章