分子导线是实现分子器件与外部联系的桥梁,起着传输能量和信息的作用,是当前的研究热点之一。由过渡金属配合物(电活性中心)和有机共轭桥配体形成的金属有机分子导线,因具有丰富的配体结构和良好的电化学性质而在分子电子学领域具有广阔的应用前景,此类分子导线的电子传输行为与活性金属中心、桥配体、分子构型以及介质等因素有关。其中苯乙炔类化合物,因具有稳定的化学结构及独特的电学性质而成为目前研究报道最多的一类分子导线。冠醚空腔能与金属阳离子发生选择性结合和解离,并随着阳离子半径的不同其结合能力发生改变。由苯乙炔基和冠醚构成的分子导线,在冠醚空腔中引入金属阳离子时,将导致分子导线的电子传输性能发生改变。本论文系统地考察了在苯并冠醚基双金属有机分子导线(两端为钌金属配合物)、单金属有机分子导线(一端为钌金属配合物,另一端为巯基)以及纯有机分子导线(两端为巯基)中,不同金属阳离子对分子导线电子输运行为的影响,具体研究内容如下:1.研究了碱金属(Li+、Na+、K+)和碱土金属阳离子(Ba2+)对苯并冠醚双钌金属有机分子导线电化学行为的影响。合成了苯并冠醚双钌金属配合物(2-i),并经1HNMR、13CNMR、31PNMR、紫外-可见(UV-Vis)光谱以及X-ray单晶衍射表征确认。利用伏安技术、现场原位电化学紫外-可见-近红外-红外(UV-Vis-NIR-IR)光谱技术研究了苯并冠醚双钌配合物中引入不同金属离子时的电化学性质。研究结果表明:(1)该配合物发生了连续两步单电子氧化还原过程,双核金属间相互作用(ΔE)随离子有效电荷、半径、电解质、溶剂的不同发生改变;(2)溶剂和电解质分别为CH2Cl2和Bu4NB(C6F5)4时,Li+、Na+、K+可与双钌混合价化合物结合,其中Li+可以稳定混价化合物,且混价化合物的稳定性随金属离子半径的增大而减弱。2.研究了碱金属(Li+、Na+、K+)阳离子对锚定在金电极表面的苯并冠醚单钌金属有机分子导线电子传递能力的影响。合成了巯基(二氢苯并噻吩基,BT)苯并冠醚单钌金属配合物(3-d),并经1HNMR、13CNMR、31PNMR、UV-Vis光谱表征确认。通过循环伏安技术测得了苯并冠醚单钌配合物中引入不同金属离子时的电化学性质。研究结果表明,分子导线中引入离子后,在金电极表面形成自组装单层膜的覆盖度(r)和电子传递速率常数(kapp)均变小,且kapp值随配位离子半径的增大而增大。3.研究了碱金属(Li+、Na+、K+、Rb+)和碱土金属(Ca2+、Ba2+)阳离子对苯并冠醚纯有机分子导线电子传输行为的影响。合成了巯基(BT)苯并冠醚纯有机化合物(4-d),并经1HNMR、13CNMR、MS、UV-Vis光谱以及X-ray单晶衍射表征确认。通过STM-BJ技术测得了苯并冠醚纯有机化合物中引入不同金属离子时的单分子电导。研究结果表明:(1)金属阳离子的引入导致分子导线的单分子电导值增大(Rb+除外),且分子电导值随离子有效电荷的增大而增大,通过初步量子计算证实可能是由于分子导线中引入金属离子后,其HOMO轨道与金的Fermi能级更为接近,且HOMO-LUMO间的能垒(gap)减小所致;(2)令人意外的是,分子线中引入K+或Ba2+时,其分子电导值出现了异常变化,可能是由于分子导线与之形成了夹心配合物从而使得分子电导值增大。综上所述,我们系统地研究了碱金属(Li+、Na+、K+、Rb+)和碱土金属(Ca2+、Ba2+)阳离子对苯并冠醚类分子导线电子传输性能的影响,对实现金属离子调控冠醚类分子导线的电子传输行为具有重要参考价值。