基于裂結(jié)技術(shù)的單分子化學(xué)反應(yīng)研究進(jìn)展綜述

遲力峰

蘇州大學(xué)功能納米與軟物質(zhì)研究院，江蘇 蘇州 215123

隨著單分子尺度電學(xué)表征技術(shù)的快速發(fā)展，單分子電子學(xué)的研究已經(jīng)不再局限于分子電子器件的研究范疇，也成為了單分子尺度化學(xué)研究的重要工具。借助單分子尺度電學(xué)表征方法，研究人員可以將待測(cè)分子體系兩端修飾諸如硫醇或者吡啶等錨定基團(tuán)，通過(guò)這些基團(tuán)與金屬電極的相互作用構(gòu)筑金屬/分子/金屬結(jié)(分子結(jié))，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)分子的電學(xué)性質(zhì)測(cè)量。近年來(lái)，研究人員將單分子電輸運(yùn)性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)測(cè)量與理論計(jì)算相結(jié)合，從微觀層面理解單個(gè)分子的結(jié)構(gòu)與電輸運(yùn)性質(zhì)之間的關(guān)系，取得了一系列重要的研究成果，如單分子開關(guān)1,2、單分子二極管3的發(fā)現(xiàn)等。隨著該領(lǐng)域研究的不斷深入，科學(xué)家們嘗試將單分子測(cè)量技術(shù)與其他表征技術(shù)進(jìn)行聯(lián)用，例如與電化學(xué)技術(shù)4、表面增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)聯(lián)用5等，從而實(shí)現(xiàn)電化學(xué)門電壓調(diào)控、單分子電學(xué)-譜學(xué)信號(hào)同步采集等目標(biāo)。同時(shí)，單分子尺度表征技術(shù)的精準(zhǔn)位移控制和高靈敏電流測(cè)量為研究相互作用體系和化學(xué)反應(yīng)提供了重要的研究手段。例如光致變色分子化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)態(tài)研究6、金屬電極上的電場(chǎng)催化研究7、石墨烯電極上主客體之間相互作用的動(dòng)態(tài)平衡研究8,9等。

近日，廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院洪文晶教授應(yīng)邀撰寫的綜述論文發(fā)表于物理化學(xué)學(xué)報(bào)(doi：10.3866/PKU.WHXB201811027)10，論文總結(jié)了國(guó)內(nèi)外研究人員采用裂結(jié)技術(shù)在單分子尺度化學(xué)反應(yīng)研究上取得的一系列重要成果。綜述以單分子裂結(jié)技術(shù)為出發(fā)點(diǎn)展開，闡述了機(jī)械可控裂結(jié)技術(shù)(MCBJ)和掃描隧穿裂結(jié)技術(shù)(STM-BJ)的工作原理，并對(duì)其在單分子尺度化學(xué)反應(yīng)的原位監(jiān)測(cè)、外場(chǎng)調(diào)控、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)等方面的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述，著重介紹電場(chǎng)對(duì)化學(xué)反應(yīng)的催化效應(yīng)及電化學(xué)調(diào)控對(duì)反應(yīng)的影響等相關(guān)研究工作。

該綜述較為全面地概括了單分子裂結(jié)技術(shù)應(yīng)用于研究單分子尺度化學(xué)反應(yīng)這一前沿交叉學(xué)科的最新動(dòng)態(tài)，對(duì)相關(guān)領(lǐng)域研究人員具有較高的參考價(jià)值。