非氧化还原单分子结及Pd金属原子线电导的电化学调控研究

摘要

金属-分子-金属结与金属原子线作为构成纳电子器件的重要组成部分，随着电子器件的发展而备受关注。分子晶体管作为常见的分子元电子器件，可以通过电化学调控金属单分子结的能级水平得到。本文拟运用电化学扫描隧道显微镜裂结法（ECSTM-BJ法），以Pd、Au、Ag、Cu为金属电极，对氨基(-NH2)、氰基(-CN)、羧酸类(-COOH)及二氢苯并噻吩（-BT）系列分子结电导进行研究。此外，本文也对Pd金属线在不同室温离子液体中的量子化电导进行初步探讨。具体工作如下:
　　1.利用电化学STM-BJ法现场构筑Cu、Ag电极，研究电极材料对目标分子对苯二胺(BDA)、对苯二腈(DCB)、联苯二腈(BPDC)单分子结电导的影响;同时研究锚定基团为氰基的分子苯环个数对金属-分子结电导的影响。结果表明:电导值:Ag-BDA-Ag＞Ag-DCB-Ag＞Cu-DCB-Cu，这一现象可能是由分子和电极之间不同耦合效率造成的;此外，对于Ag和Cu电极来说，以氰基为锚定基团的分子增加一个苯环的隧道衰减常数βN分别是1.68和1.7。表明氨基和氰基可以作为有效的锚定基团与非金电极构建单分子结。
　　2.应用电化学STM-BJ法，以Pd为金属电极，研究了非氧化还原羧酸类分子对苯二甲酸(TPA)和丁二酸(SCA)分子结电导的电控效率，研究目标分子结电导随电极电位移动的变化趋势。结果发现，Pd-TPA-Pd和Pd-SCA-Pd在电化学下都存在两套电导值，且随电极电位负移电导值呈现下降趋势。这说明两个目标分子均具有电化学调控效应，在相同电极电位变化范围内，TPA的调控效率明显大于SCA。木部分工作说明共轭效应对电化学调控效应有重要的作用。
　　3.以Au为金属电极，以BT基团为锚定基团，研究BT系列分子结电导的电化学调控效率。研究发现，五个目标分子都是电化学可调控分子;随着电位负移，分子结电导值降低，从而推测这五个分子属于HOMO型分子，与分子能级理论计算结果一致;调控效率比较:BT2(O)＞BT3(S)＞BT4(Se)＞BT5(Te)，这与五元杂环上元素的电负性大小趋势一致。
　　4.利用电化学ECSTM-BJ方法，以室温离子液体为溶剂，研究了Pd金属原子线电导在不同离子液体中的电化学调控效应，并且对不同阴阳离子吸附引起的电导值变化进行了比较。很明显，发现随着电极电位改变，Pd量子电导值出现极大值，通过单频法测量Pd单晶在离子液体[BMI]PF6和[BMI]BF4中微分电容曲线，确定极大值对应的电位为Pd(111)的零电荷电位(PZC)，此外不同阴、阳离子吸附影响Pd金属原子线的零电荷电位的位置及电导极大值的大小。这为测量金属在溶液中的零电荷电位提供了新的途径。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 金属原子线量子化电导

1．1．1 金属电导量子化的起因

1．1．2 金属原子线量子化电导的研究方法

1．2 金属-分子-金属结电导

1．2．1 金属-分子-金属结的组成

1．2．2 金属-分子-金属结中的电化学调控效应

1．3 本论文的研究内容及目的

第二章 实验部分

2．1 实验试剂

2．2 电解池和电极

2．2．1 电化学电解池

2．2．2 电极的制备

2．2．3 电极的处理

2．3 仪器和实验方法

2．3．1 仪器

2．3．2 实验方法

第三章 电化学方法测定以氨基和氰基为锚定基团的分子结电导

3．1 以Ag为电极对DCB和BDA单分子结电导的测量

3．2 以Cu为电极对DCB、BDA单分子结电导的测量

3．3 分子长度对单分子结电导的影响

3．4 密度泛函理论计算(DFT)解释

3．5 本章小结

第四章 非氧化还原型羧酸类化合物的单分子电导的电化学调控

4．1 Pd-丁二酸-Pd分子结电导的电化学调控研究

4．2 以Pd为工作电极对分子对苯二甲酸的电化学调控

4．3 本章小结

第五章 BT系列分子的电化学调控研究

5．1 ECSTM-BJ法对BT系列分子电导的测量

5．2 DFT理论计算解释

5．3 本章小结

第六章 以离子液体为溶剂的Pd原子线量子电导研究

6．1 以[BMI]PF6为溶剂的Pd量子电导电化学调控研究

6．2 以[BMI]BF4为溶剂的Pd量子电导电化学调控研究

6．3 本章小结

参考文献

攻读学位期间发表论文

致谢

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