近日，桂林理工大学甄士杰副教授联合华南理工大学赵祖金教授在《Chemical Engineering Journal》期刊在线发表题为《Unraveling Non-covalent Coupling in Single-molecule Junctions: Enabling High-performance Stimuli-responsive Molecular Electronics》的研究论文。

  分子电子学的发展为下一代纳米电子器件提供了新机遇，但构建兼具可靠电极耦合和外部刺激响应能力的单分子结仍面临重大挑战。传统共价锚定方案难以实现高效导电界面的动态调控，而非共价耦合体系中电极-分子界面的电荷传输机制尚不明确，尤其缺乏对电压/光双重刺激响应的分子设计范式。深入理解非共价耦合中的电荷传输机制对单分子功能器件的理性设计与精准构筑至关重要，但相关研究仍较为匮乏。

  鉴于此，本研究创新性地利用六苯基苯（HPB）的环形空间共轭特性，通过HPB单元与金电极间的非共价耦合构建性能优异的刺激响应型单分子结，实现无需化学锚定基团的稳定分子-电极键合。结合扫描隧道显微镜断裂结（STM-BJ）技术与理论计算，证实HPB单元通过空间共轭形成高导电界面，其噪声功率密度揭示空间传输主导机制。突破性地实现双重刺激响应：非共价键合的分子结表现出显著的偏压依赖性传输特性；此外，本研究设计合成了两种光响应型HPB肟酯分子，其经光化学N?O键均裂产生的亚胺自由基可与金电极表面反应形成共价Au?N键，从而构建高稳定性单分子结。这些结果证实，通过空间共轭效应，HPB与电极的非共价耦合能在金电极表面形成强效的单分子结，其电导可通过简单外场刺激进行调控。该工作为开发高开关比分子器件提供了新思路，也为非共价相互作用的结构与电学特性研究提供了独特见解。

  文章第一作者是桂林理工大学张腾硕士，桂林理工大学甄士杰副教授、李美静博士、喻敬贤教授、华南理工大学赵祖金教授为论文共同通讯作者。该工作得到国家自然科学基金和广西科技计划等项目资助。

图1分子通过巯甲基共价键与HPB非共价键双模式连接金电极（左）；紫外光解生成亚胺自由基-金共价键单分子结（右）的示意图。

图2 OPE2, ZL-01, ZL-02, ZL-03和ZL-04的单分子电导特性及闪烁噪声分析

图3 OPE2, ZL-01, ZL-02和ZL-03在不同偏压下的单分子电导特性；ZL-05和ZL-06的光物理性质与电子顺磁共振表征以及光解前后的单分子电导特性

图4分子轨道计算以及电子输运的理论模拟与性质分析

  论文信息：Unraveling Non-covalent Coupling in Single-molecule Junctions: Enabling High-performance Stimuli-responsive Molecular Electronics

  Teng Zhang¹, Tianwei Li¹, Jinshi Li², Zifan Yu¹, Hong Chen¹, Meijing Li¹*, Jingxian Yu^1,3*, Shijie Zhen¹*, Zujin Zhao²*

  论文链接: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894725065295?casa_token=1TbqSNYW64sAAAAA:4ux1BOHF2TxG3KpSLQlhehrewaNSgyzRxlxY5dbsVOk33puBkg_eSjAHW5dP5KYUp3XvKXQvKg