注册 English

电化学调控在单分子结电子传输性质研究中的应用进展

王靖文 ,  吴明昊 ,  左鑫 ,  袁耀锋 ,  王亚浩 ,  周小顺 ,  鄢剑锋

downloadPDF
引用本文: 王靖文, 吴明昊, 左鑫, 袁耀锋, 王亚浩, 周小顺, 鄢剑锋. 电化学调控在单分子结电子传输性质研究中的应用进展[J]. 大学化学, 2025, 40(3): 291-301. doi: 10.12461/PKU.DXHX202406023 shu
Citation:  Jingwen Wang,  Minghao Wu,  Xing Zuo,  Yaofeng Yuan,  Yahao Wang,  Xiaoshun Zhou,  Jianfeng Yan. Advances in the Application of Electrochemical Regulation in Investigating the Electron Transport Properties of Single-Molecule Junctions[J]. University Chemistry, 2025, 40(3): 291-301. doi: 10.12461/PKU.DXHX202406023 shu

电化学调控在单分子结电子传输性质研究中的应用进展

  • 1.

    福州大学化学学院, 有机合成与功能福建省高校重点实验室, 福州 350108;

  • 2.

    浙江师范大学化学与材料科学学院, 先进催化材料教育部重点实验室, 浙江 金华 321004

    • 通讯作者: 鄢剑锋,E-mail:yanjianfeng@fzu.edu.cn
  • 基金项目:

    国家自然科学基金(22373019)；教育部2022年度基础学科拔尖计划2.0研究课题(20222114)

摘要: 单分子电子学作为纳米技术的重要分支，致力于研究单个分子的电学特性，为发展超小型、低功耗电子器件提供理论基础与技术支撑。精确调控单分子结的电子传输性质，是该领域面临的核心技术挑战。电化学调控，凭借其卓越的调控性和可逆性，正成为单分子电子学中一个极具潜力的研究方向。本文综述了近十年电化学调控在单分子电子学中的应用进展，涵盖了电输运能级、分子价态、电极与分子间键合方式以及离子液体双电层栅极的调控策略。通过分析具体案例，旨在帮助学生了解单分子电子学的研究前沿，理解其在现代纳米电子学中的重要性。

English

    1. [1]

      Li, T.; Bandari, V. K.; Hantusch, M.; Xin, J.; Kuhrt, R.; Ravishankar, R.; Xu, L.; Zhang, J.; Knupfer, M.; Zhu, F.; et al. Nat. Commun. 2020, 11 (1), 3592.Li, T.; Bandari, V. K.; Hantusch, M.; Xin, J.; Kuhrt, R.; Ravishankar, R.; Xu, L.; Zhang, J.; Knupfer, M.; Zhu, F.; et al. Nat. Commun. 2020, 11 (1), 3592.

    2. [2]

      Arcadia, C. E.; Kennedy, E.; Geiser, J.; Dombroski, A.; Oakley, K.; Chen, S.-L.; Sprague, L.; Ozmen, M.; Sello, J.; Weber, P. M.; et al. Nat. Commun. 2020, 11 (1), 691.Arcadia, C. E.; Kennedy, E.; Geiser, J.; Dombroski, A.; Oakley, K.; Chen, S.-L.; Sprague, L.; Ozmen, M.; Sello, J.; Weber, P. M.; et al. Nat. Commun. 2020, 11 (1), 691.

    3. [3]

      Chen, H.; Jia, C.; Zhu, X.; Yang, C.; Guo, X.; Stoddart, J. F. Nat. Rev. Mater. 2023, 8 (3), 165.Chen, H.; Jia, C.; Zhu, X.; Yang, C.; Guo, X.; Stoddart, J. F. Nat. Rev. Mater. 2023, 8 (3), 165.

    4. [4]

      曹阳, 刘松, 申茜, 甘霖, 郭雪峰. 大学化学, 2009, 24 (3), 1.

    5. [5]

      Xin, N.; Guan, J.; Zhou, C.; Chen, X.; Gu, C.; Li, Y.; Ratner, M. A.; Nitzan, A.; Stoddart, J. F.;Guo, X. Nat. Rev. Mater. 2019, 1 (3), 211.Xin, N.; Guan, J.; Zhou, C.; Chen, X.; Gu, C.; Li, Y.; Ratner, M. A.; Nitzan, A.; Stoddart, J. F.;Guo, X. Nat. Rev. Mater. 2019, 1 (3), 211.

    6. [6]

      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.

    7. [7]

      Sun, H.; Jiang, Z.; Xin, N.; Guo, X.; Hou, S.; Liao, J. Chem.-Eur. J. 2018, 19 (17), 2258.Sun, H.; Jiang, Z.; Xin, N.; Guo, X.; Hou, S.; Liao, J. Chem.-Eur. J. 2018, 19 (17), 2258.

    8. [8]

      Yang, C.; Qin, A.; Tang, B. Z.; Guo, X. J. Chem. Phys. 2020, 152 (12).Yang, C.; Qin, A.; Tang, B. Z.; Guo, X. J. Chem. Phys. 2020, 152 (12).

    9. [9]

      Gao, T.; He, C.; Liu, C.; Fan, Y.; Zhao, C.; Zhao, C.; Su, W.; Dappe, Y. J.; Yang, L. Phys. Chem. Chem. Phys. 2021, 23 (37), 21163.Gao, T.; He, C.; Liu, C.; Fan, Y.; Zhao, C.; Zhao, C.; Su, W.; Dappe, Y. J.; Yang, L. Phys. Chem. Chem. Phys. 2021, 23 (37), 21163.

    10. [10]

      Li, X.-M.; Wang, Y.-H.; Seng, J.-W.; Zheng, J.-F.; Cao, R.; Shao, Y.; Chen, J.-Z.; Li, J.-F.; Zhou, X.-S.; Mao, B.-W. ACS Appl. Mater. Interfaces 2021, 13 (7), 8656.Li, X.-M.; Wang, Y.-H.; Seng, J.-W.; Zheng, J.-F.; Cao, R.; Shao, Y.; Chen, J.-Z.; Li, J.-F.; Zhou, X.-S.; Mao, B.-W. ACS Appl. Mater. Interfaces 2021, 13 (7), 8656.

    11. [11]

      Haiss, W.; van Zalinge, H.; Higgins, S. J.; Bethell, D.; Höbenreich, H.; Schiffrin, D. J.; Nichols, R. J. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125 (50), 15294.Haiss, W.; van Zalinge, H.; Higgins, S. J.; Bethell, D.; Höbenreich, H.; Schiffrin, D. J.; Nichols, R. J. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125 (50), 15294.

    12. [12]

      洪文晶, 刘俊扬. 单分子电子学: 从测量技术到科学问题. 厦门: 厦门大学出版社, 2021.

    13. [13]

      宋沆, 胡勇, 李晓慧, 赵世强, 冯安妮, 刘俊扬, 杨扬. 厦门大学学报(自然科学版), 2020, 59 (5), 892.

    14. [14]

      Bai, J.; Daaoub, A.; Sangtarash, S.; Li, X.; Tang, Y.; Zou, Q.; Sadeghi, H.; Liu, S.; Huang, X.; Tan, Z.; et al. Nat. Mater. 2019, 18 (4), 364.Bai, J.; Daaoub, A.; Sangtarash, S.; Li, X.; Tang, Y.; Zou, Q.; Sadeghi, H.; Liu, S.; Huang, X.; Tan, Z.; et al. Nat. Mater. 2019, 18 (4), 364.

    15. [15]

      Huang, B.; Liu, X.; Yuan, Y.; Hong, Z.-W.; Zheng, J.-F.; Pei, L.-Q.; Shao, Y.; Li, J.-F.; Zhou, X.-S.; Chen, J.-Z.; et al. J. Am. Chem. Soc. 2018, 140 (50), 17685.Huang, B.; Liu, X.; Yuan, Y.; Hong, Z.-W.; Zheng, J.-F.; Pei, L.-Q.; Shao, Y.; Li, J.-F.; Zhou, X.-S.; Chen, J.-Z.; et al. J. Am. Chem. Soc. 2018, 140 (50), 17685.

    16. [16]

      Wang, Y. H.; Yan, F.; Li, D. F.; Xi, Y. F.; Cao, R.; Zheng, J. F.; Shao, Y.; Jin, S.; Chen, J. Z.; Zhou, X. S. J. Phys. Chem. Lett. 2021, 12 (2), 758.Wang, Y. H.; Yan, F.; Li, D. F.; Xi, Y. F.; Cao, R.; Zheng, J. F.; Shao, Y.; Jin, S.; Chen, J. Z.; Zhou, X. S. J. Phys. Chem. Lett. 2021, 12 (2), 758.

    17. [17]

      Wang, Z.; Palma, J. L.; Wang, H.; Liu, J.; Zhou, G.; Ajayakumar, M. R.; Feng, X.; Wang, W.; Ulstrup, J.; Kornyshev, A. A.; et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2022, 119 (39), e2122183119.Wang, Z.; Palma, J. L.; Wang, H.; Liu, J.; Zhou, G.; Ajayakumar, M. R.; Feng, X.; Wang, W.; Ulstrup, J.; Kornyshev, A. A.; et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2022, 119 (39), e2122183119.

    18. [18]

      Kuznetsov, A. N.; Schmickler, W. Chem. Phys. 2002, 282 (3), 371.Kuznetsov, A. N.; Schmickler, W. Chem. Phys. 2002, 282 (3), 371.

    19. [19]

      Schmickler, W.; Henderson, D. J. Electroanal. Chem. Interfacial Electrochem. 1990, 290 (1), 283.Schmickler, W.; Henderson, D. J. Electroanal. Chem. Interfacial Electrochem. 1990, 290 (1), 283.

    20. [20]

      Baghernejad, M.; Zhao, X.; Baruël Ørnsø, K.; Füeg, M.; Moreno-García, P.; Rudnev, A. V.; Kaliginedi, V.; Vesztergom, S.; Huang, C.; Hong, W.; et al. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136 (52), 17922.Baghernejad, M.; Zhao, X.; Baruël Ørnsø, K.; Füeg, M.; Moreno-García, P.; Rudnev, A. V.; Kaliginedi, V.; Vesztergom, S.; Huang, C.; Hong, W.; et al. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136 (52), 17922.

    21. [21]

      Xiang, L.; Palma, J. L.; Li, Y.; Mujica, V.; Ratner, M. A.;Tao, N. Nat. Commun. 2017, 8 (1), 14471.Xiang, L.; Palma, J. L.; Li, Y.; Mujica, V.; Ratner, M. A.;Tao, N. Nat. Commun. 2017, 8 (1), 14471.

    22. [22]

      Lee, W.; Li, L.; Camarasa-Gómez, M.; Hernangómez-Pérez, D.; Roy, X.; Evers, F.; Inkpen, M. S.;Venkataraman, L. Nat. Commun. 2024, 15 (1), 1439.Lee, W.; Li, L.; Camarasa-Gómez, M.; Hernangómez-Pérez, D.; Roy, X.; Evers, F.; Inkpen, M. S.;Venkataraman, L. Nat. Commun. 2024, 15 (1), 1439.

    23. [23]

      Li, Y.; Haworth, N. L.; Xiang, L.; Ciampi, S.; Coote, M. L.;Tao, N. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139 (41), 14699.Li, Y.; Haworth, N. L.; Xiang, L.; Ciampi, S.; Coote, M. L.;Tao, N. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139 (41), 14699.

    24. [24]

      Darwish, N.; Díez-Pérez, I.; Da Silva, P.; Tao, N.; Gooding, J. J.; Paddon-Row, M. N. Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51 (13), 3203.Darwish, N.; Díez-Pérez, I.; Da Silva, P.; Tao, N.; Gooding, J. J.; Paddon-Row, M. N. Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51 (13), 3203.

    25. [25]

      Yuan, Y.; Yan, J.-F.; Lin, D.-Q.; Mao, B.-W.;Yuan, Y.-F. Chem.-Eur. J. 2018, 24 (14), 3545.Yuan, Y.; Yan, J.-F.; Lin, D.-Q.; Mao, B.-W.;Yuan, Y.-F. Chem.-Eur. J. 2018, 24 (14), 3545.

    26. [26]

      Xiao, X.; Brune, D.; He, J.; Lindsay, S.; Gorman, C. B.;Tao, N. Chem. Phys. 2006, 326 (1), 138.Xiao, X.; Brune, D.; He, J.; Lindsay, S.; Gorman, C. B.;Tao, N. Chem. Phys. 2006, 326 (1), 138.

    27. [27]

      Li, Y.; Wang, H.; Wang, Z.; Qiao, Y.; Ulstrup, J.; Chen, H.-Y.; Zhou, G.;Tao, N. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2019, 116 (9), 3407.Li, Y.; Wang, H.; Wang, Z.; Qiao, Y.; Ulstrup, J.; Chen, H.-Y.; Zhou, G.;Tao, N. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2019, 116 (9), 3407.

    28. [28]

      O'Driscoll, L. J.; Hamill, J. M.; Grace, I.; Nielsen, B. W.; Almutib, E.; Fu, Y.; Hong, W.; Lambert, C. J.; Jeppesen, J. O. Chem. Sci. 2017, 8 (9), 6123.O'Driscoll, L. J.; Hamill, J. M.; Grace, I.; Nielsen, B. W.; Almutib, E.; Fu, Y.; Hong, W.; Lambert, C. J.; Jeppesen, J. O. Chem. Sci. 2017, 8 (9), 6123.

    29. [29]

      Tang, A.; Li, Y.; Wang, R.; Yang, J.; Ma, C.; Li, Z.; Zou, Q.; Li, H. Chem. Commun. 2023, 59 (10), 1305.Tang, A.; Li, Y.; Wang, R.; Yang, J.; Ma, C.; Li, Z.; Zou, Q.; Li, H. Chem. Commun. 2023, 59 (10), 1305.

    30. [30]

      Hines, T.; Díez-Pérez, I.; Nakamura, H.; Shimazaki, T.; Asai, Y.; Tao, N. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135 (9), 3319.Hines, T.; Díez-Pérez, I.; Nakamura, H.; Shimazaki, T.; Asai, Y.; Tao, N. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135 (9), 3319.

    31. [31]

      Doud, E. A.; Inkpen, M. S.; Lovat, G.; Montes, E.; Paley, D. W.; Steigerwald, M. L.; Vázquez, H.; Venkataraman, L.; Roy, X. J. Am. Chem. Soc. 2018, 140 (28), 8944.Doud, E. A.; Inkpen, M. S.; Lovat, G.; Montes, E.; Paley, D. W.; Steigerwald, M. L.; Vázquez, H.; Venkataraman, L.; Roy, X. J. Am. Chem. Soc. 2018, 140 (28), 8944.

    32. [32]

      Zang, Y.; Pinkard, A.; Liu, Z.-F.; Neaton, J. B.; Steigerwald, M. L.; Roy, X.; Venkataraman, L. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139 (42), 14845.Zang, Y.; Pinkard, A.; Liu, Z.-F.; Neaton, J. B.; Steigerwald, M. L.; Roy, X.; Venkataraman, L. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139 (42), 14845.

    33. [33]

      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.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.

    34. [34]

      Xin, N.; Li, X.; Jia, C.; Gong, Y.; Li, M.; Wang, S.; Zhang, G.; Yang, J.; Guo, X. Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57 (43), 14026.Xin, N.; Li, X.; Jia, C.; Gong, Y.; Li, M.; Wang, S.; Zhang, G.; Yang, J.; Guo, X. Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57 (43), 14026.

    35. [35]

      Yan, Z.; Li, X.; Li, Y.; Jia, C.; Xin, N.; Li, P.; Meng, L.; Zhang, M.; Chen, L.; Yang, J.; et al. Sci. Adv. 2022, 8 (12), eabm3541.Yan, Z.; Li, X.; Li, Y.; Jia, C.; Xin, N.; Li, P.; Meng, L.; Zhang, M.; Chen, L.; Yang, J.; et al. Sci. Adv. 2022, 8 (12), eabm3541.

    36. [36]

      Xin, N.; Hu, C.; Al Sabea, H.; Zhang, M.; Zhou, C.; Meng, L.; Jia, C.; Gong, Y.; Li, Y.; Ke, G.; et al. J. Am. Chem. Soc. 2021, 143 (49), 20811.Xin, N.; Hu, C.; Al Sabea, H.; Zhang, M.; Zhou, C.; Meng, L.; Jia, C.; Gong, Y.; Li, Y.; Ke, G.; et al. J. Am. Chem. Soc. 2021, 143 (49), 20811.

    37. [37]

      Zhang, L.; Yang, C.; Lu, C.; Li, X.; Guo, Y.; Zhang, J.; Lin, J.; Li, Z.; Jia, C.; Yang, J.; et al. Nat. Commun. 2022, 13 (1), 4552.Zhang, L.; Yang, C.; Lu, C.; Li, X.; Guo, Y.; Zhang, J.; Lin, J.; Li, Z.; Jia, C.; Yang, J.; et al. Nat. Commun. 2022, 13 (1), 4552.

  • 加载中
WeChat 扫一扫看文章
计量
  • PDF下载量:  0
  • 文章访问数:  103
  • HTML全文浏览量:  15
文章相关
  • 发布日期:  2024-10-17
  • 收稿日期:  2024-06-11
  • 修回日期:  2024-08-29
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

All Rights Reserved by the Chinese Chemical Society   中国化学会 版权所有 京ICP备05002797号

本系统由北京仁和汇智信息技术有限公司开发    技术支持: info@rhhz.net