分子自组装技术为研究表面和界面现象提供了分子水平上精确控制的理想方法,它对一些自然科学基本问题研究如界面电子转移、分子间相互作用、表面结构和性质的关系提供了有力的手段。本论文在在课题组前期工作基础之上,研究了一系列线性共轭分子的自组装行为及其性质,对此类分子在分子电子学与传感器领域的应用前景进行了探索。本文首先考察了一系列“核-壳”结构分子导线薄膜的薄膜结构,阐述了其薄膜形貌与分子结构之间的关系。其次,本论文对一系列双二茂铁分子的光谱与电化学性质进行了研究,发现这类分子对Zn²⁺离子具有高度选择性,可以被用作新的电化学与光谱检测试剂。最后,本论文利用电化学方法研究了一系列具有二茂铁基团的分子自组装体系中的电子转移过程。本论文共分为七部分:第一章绪论。对自组装技术作了简介、并对自组装膜的发展、结构、特点、类型以及自组装单分子膜在各领域中的应用作了综述。第二章实验方法与技术。本章重点介绍了本论文涉及到的自组装膜的各种常用表征技术和仪器的基本原理。第三章“核-壳”结构分子导线薄膜的制备和形貌表征。我们制备了一系列具有“核-壳”结构的树状分子导线薄膜,并用原子力显微镜对薄膜形貌进行了表征。为了得到有序可控的纳米结构,对溶剂、基底和溶液分子的浓度对成膜形貌的影响做了深入地探索。研究发现,具有不同代数的树状分子包裹的具有“核-壳”结构OPE分子形成了不同的形貌。首次报道随着树状分子侧链的增大,薄膜的形貌从纤维状结构变成树状结构。本研究提出了通过控制分子导线侧链和主链的结构调节薄膜结构的策略。第四章金电极表面“核-壳”分子自组装膜的制备及表征。本实验采用电压辅助的组装方法在金电极表面制备了一系列“核-壳”分子自组装膜,采用XPS、电化学循环伏安法和交流阻抗法对所得自组装膜的结构性质进行了研究。实验结果均表明,随着外围包裹的树状分子的增大,其在金表面自组装膜的覆盖度减小。第五章含二茂铁基团的分子导线中的电子转移研究。我们设计并合成了一系列具有不同骨架扭转角的二茂铁取代分子导线,并在金电极表面制备了其自组装单分子膜。采用电化学和XPS等技术对所得的自组装单分子膜进行了表征。并用DC电势扫描法初步研究了该系列分子自组装膜中的电子转移速率常数与分子结构的关系。第六章一系列双二茂铁化合物的离子传感性质研究。我们设计并合成了一系列新型双二茂铁衍生物,将不同的共轭骨架用亚胺键与二茂铁基团连接。所有的三个双二茂铁分子都能很好地选择性地键合Zn²⁺离子并且显示出显著的电化学和光学响应,配合物为一种新型的二聚体结构。实验结果表明,骨架的共轭程度对三个分子的电化学性质影响很弱,但是对光学性质影响很大,包括紫外吸收光谱中红移程度和荧光增强程度。通过改变溶剂我们可以可逆的捕捉和释放Zn²⁺离子,这在生物体中释放含Zn²⁺离子的药品有潜在应用。对本系列分子的研究为设计同时具备电化学与光学相应的传感器分子提供了指导。第七章电化学辅助组装二茂铁薄膜用于细胞色素C的电子传递媒介。我们利用了一种有效的电化学辅助的方法将FcOH组装在金电极表面上,为目前Fc基团与电极表面距离最短的自组装膜。利用我们的方法制备的FcOH薄膜致密,可用于研究细胞色素C在媒介体存在下的间接电化学反应,在将来制备生物电化学传感器上有潜在的应用前景。