扫描隧穿裂结技术（Scanning Tunneling Microscopy Break Junction,STM-BJ）等单分子尺度的精密电学测量技术实现了从分子水平开展对物质理化性质与其结构之间关联的研究,并为基于“自下而上”的理念进行功能化分子器件设计创造了条件。分子器件的电输运性能与分子所处的微环境有很大的关系,例如溶剂极性、溶液酸碱度和溶剂水含量等都会影响分子结构型,从而改变分子器件的电输运性质。为考察环境对分子器件电输运性质的影响,尤其是在强极性或者高酸碱度的相对苛刻的溶液环境中,STM-BJ的测试需要使用特殊的功能化STM针尖。然而在STM-BJ中常使用的黑蜡包封针尖,包封材料黑蜡容易溶解于有机溶剂,仅适用于无机溶剂或弱极性溶剂体系,普适性不高。开发性能更为优异的功能化针尖既能提高仪器的测试精度,亦能拓展研究对象的选择范围。因此我们通过功能化针尖的设计、制备与表征,开展了在强极性溶剂环境中带电阴离子的电输运性质研究。本论文利用原子层沉积技术制备了二氧化铪包封针尖,并将其应用于扫描隧穿裂结技术中,对强极性溶剂中咔唑脱质子效应与电荷传输的关系进行了系统研究,并通过相应的密度泛函（Density Function Theory,DFT）理论计算对其输运机制进行深入探讨。主要研究内容如下:1、功能化针尖的制备:为拓展STM-BJ技术的应用范畴,本文基于原子层沉积技术制备了具有一定绝缘和抗酸碱能力的二氧化铪包封针尖。通过研究对比不同制备工艺方法和参数下针尖的电化学循环伏安曲线,发现针尖表面经过巯基硅烷预处理可以显著提高二氧化铪包封层的致密程度,同时结合针尖的实际使用状况,我们认为125次原子层沉积循环的包封厚度（约12.5 nm）满足STM-BJ实验中对电学测试窗口的需求,在兼顾成本下为最佳选择。利用二氧化铪包封针尖,我们采用STM-BJ技术测试了三联苯分子在不同极性溶剂中的电输运性质,测试表明该工艺条件下制备的针尖满足三联苯分子在二甲基甲酰胺等强极性溶剂中的电输运性质测试需求。2、三联苯分子电场催化组装的电输运性质研究:本文对不同偏压下三联苯分子的电荷传输性质进行了研究,发现了三联苯分子在高偏压下低电导出现概率增加的现象,后经理论计算证明是由于在强电场催化下三联苯分子发生组装形成电导较低的二聚体所致,这也导致其电输运方式由through-bond向through-space转变。3、咔唑阴离子电子传输方式的研究:我们研究了脱质子反应对于咔唑类衍生物电输运性质的影响。首先基于咔唑环上不同位点发生取代反应活性不同的特质,我们与合作者设计合成了一系列咔唑衍生物。由于咔唑类化合物及其脱质子反应需要在强极性溶剂下进行,因此我们利用制备的二氧化铪包封针尖通过STM-BJ技术测量了咔唑类衍生物脱质子过程在单分子尺度下的电输运性质,研究了不同取代位点连接的分子结的电输运性质对脱质子反应的响应。实验表明,负电荷的存在使对位连接的咔唑衍生物的电输运能力受到很强的抑制作用,而对间位连接咔唑衍生物的电输运能力无明显影响。DFT计算表明,负电荷的存在导致对位咔唑阴离子HOMO能级定域分布和LUMO能级离域分布,产生相消量子干涉效应,并形成环形电流。