基于机械可控裂结技术的分子内与分子间电输运性质的测量及调控

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分子内与分子间电输运作为有机电子器件中两种电荷传输形式,对有机电子器件性能起决定性作用。研究π共轭结构分子内和分子间电输运性质不仅有助于理解聚集态有机电子材料的电荷输运机理,对提高有机电子器件的性能也具有重要的指导意义。在分子聚集态中,分子周围存在着复杂的分子内和分子间相互作用力,所以常规表征方法很难分辨和研究分子内和分子间的本征电输运性质。机械可控裂结技术是一种机械稳定性较高的单分子电学测量技术,常用于单分子与超分子结的电输运性质研究中,为分辨分子间与分子内电输运过程提供了可能。同时,基于其较高的灵敏度和时间分辨率,该技术也被广泛应用于单分子化学反应机制和生物过程等领域,这也为定量研究分子间与分子内电输运的过程提供了新的研究手段。基于此,本论文以机械可控裂结技术作为研究手段,对π共轭结构分子结的分子内与分子间电输运性质进行研究。主要包括以下三个方面的工作:1.路易斯酸碱相互作用对三芳基硼化合物分子内电输运性质的影响。三芳基硼化合物是一类重要的有机光电材料,其中硼中心作为强路易斯酸很容易与路易斯碱通过路易斯酸碱相互作用结合,导致分子结构的改变,从而影响其电学性质。在该部分,我们研究了侧链芳基硼和氟离子相互作用对主链电输运能力的调控作用,发展了一种新的基于弱相互作用力的精密调控方法。2.量子干涉效应对噻吩衍生物分子结电输运性质的研究。在该部分,我们研究了不同连接位点噻吩中心环的量子干涉效应对噻吩衍生物分子结电导的影响。实验发现,锚定位点在噻吩环2,4-位的噻吩衍生物具有相消量子干涉效应,其电输运能力与其他具有相增量子干涉效应的噻吩衍生物分子结相差别高达20倍。3.分子内和分子间电输运过程研究。我们通过设计核心结构相同的双端锚定的单分子结及单端锚定的二聚体分子结,对分子内与分子间电输运性质进行了研究。我们发现噻吩衍生物可以通过分子间相互作用力形成二聚体分子结,而且二聚体分子结的电输运能力基本不随分子共轭结构和分子长度的变化而变化。在适宜浓度条件下,双端锚定的噻吩衍生物随着分子长度的增加会从分子内主导的输运过程转化为分子间主导的输运过程。虽然分子共轭结构和长度对二聚体分子结电输运能力的影响较小,但是会显著影响二聚体的相互作用力,从而影响二聚体分子结的成结率。理论计算表明二聚体分子结的电输运性质对分子共轭结构和长度呈现的独特依赖性是由拉伸过程中二聚体分子结的量子干涉效应导致的,而二聚体分子结成结率是由分子间堆叠的相互作用力决定的。
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