烷基羧酸非金分子結(jié)的構(gòu)筑及其電子傳輸特性研究.pdf

1、金屬-分子-金屬結(jié)由于分子器件的興起而廣泛受到關(guān)注，其是構(gòu)建替代傳統(tǒng)硅基固體電子器件重要基礎(chǔ)。單分子結(jié)中電子運輸受很多因素的影響，如:分子的結(jié)構(gòu)、接觸構(gòu)型、錨定基團和電極材料等。烷基羧酸類分子是分子結(jié)研究中的一個典型代表之一，系統(tǒng)研究其與不同非金金屬電極作用下的電子輸運，有助于進一步理解電子在分子水平上的運輸特性，從而為設(shè)計分子器件提供指導(dǎo)和新的途徑。本文運用基于跳躍接觸的電化學(xué)掃描隧道顯微鏡裂結(jié)法（ECSTM-BJ），以Pd、Ag、C

2、u為金屬電極，對飽和二羧酸同系物及其具有多條鏈結(jié)構(gòu)的衍生物進行電導(dǎo)測量研究。具體工作如下:
　　1、以Pd為金屬電極，飽和烷基羧酸(COOH-(CH2)n-COOH(n=0～5))為目標分子，系統(tǒng)測量了以Pd為電極的烷基二羧酸的分子電導(dǎo)，其隨分子長度增加的衰減指數(shù)βN為0.652每個亞甲基(-CH2)，接觸電導(dǎo)為97 nS。并在傳統(tǒng)STM-BJ基礎(chǔ)上進一步驗證了ECSTM-BJ的可靠性，獲得了超短鏈分子草酸分子結(jié)電導(dǎo)為130 nS

3、，證明了在超短鏈分子結(jié)中電子傳輸由“Through Bond”和“Through Space”共同決定。我們的工作為Pd電極單分子結(jié)的電導(dǎo)研究提供了新的方法。
　　2、系統(tǒng)研究了電化學(xué)環(huán)境與大氣環(huán)境下，以Pd、Ag、 Cu金屬電極飽和烷基羧酸的分子結(jié)電導(dǎo)衰減常數(shù)βN。在大氣環(huán)境下，金屬電極的能級與分子軌道能級發(fā)生了pinning effect，從而導(dǎo)致它們的勢壘相近，衰減常數(shù)βN都大約為1每個亞甲基(-CH2);在電化學(xué)環(huán)境中，可

4、以通過電極電位控制改變金屬費米能級，從而改變與分子前線軌道的耦合程度打破了pinning effect，根據(jù)經(jīng)驗公式換算，在電化學(xué)實驗中Pd、Ag和Cu和分子軌道的勢壘大約分別是1.22 eV、1.32 eV、1.63 eV，所以衰減常數(shù)βN展現(xiàn)出Pd(0.65)＜Ag(0.71)＜Cu(0.95)順序，本部分工作說明了環(huán)境對電子在分子結(jié)中傳輸有著重要的影響。
　　3、我們以己二酸、反式環(huán)己二酸和二環(huán)[2.2.2]辛烷-1,4二羧

5、酸為目標分子，Cu、Ag為金屬電極測得了其分子結(jié)電導(dǎo)。利用其分子自身結(jié)構(gòu)性質(zhì)，研究了電子在單條和多條烷基鏈二羧酸分子的的傳輸規(guī)律，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)電子傳輸在電子相干波長相當(dāng)時，量子干涉對電子傳輸作用就會凸顯。因此具有兩條鏈的反式環(huán)己二酸的電導(dǎo)是一條鏈已二酸電導(dǎo)的2.4倍（Ag電極）、2.5倍（Cu電極），這是由于增強性量子干涉引起的;而具有三條烷基鏈二環(huán)[2.2.2]辛烷-1，4二羧酸分子電導(dǎo)比二條鏈反式環(huán)已二酸還小，這可能是由于破壞性量子干

6、涉所導(dǎo)致的，這為我們設(shè)計不同性能的分子導(dǎo)線提供了新的途徑。
　　4、利用傳統(tǒng)STM-BJ方法，以Au為電極，測得f-TPE-PPy與l-TPE-PPy分子結(jié)電導(dǎo)相近，約為1.5 nS;f-TPE-PEPy與l-TPE-PEPy的也相近，約為0.5 nS。f-TPE-PPy與f-TPE-PEPy分子內(nèi)均具有一對折疊苯環(huán)，其可在空間產(chǎn)生π-π重疊作用，實驗和理論均證明該類分子中電子傳輸機理是由通過鍵和通過空間隧穿共同作用。重疊的π鍵作