苯类羧酸分子和低聚有机分子的单分子结电导研究

发布时间：2017-10-17 04:19

  本文关键词：苯类羧酸分子和低聚有机分子的单分子结电导研究

  更多相关文章： 电化学扫描隧道显微镜裂结法 羧酸 低聚有机分子 分子结 电导 分子长度

【摘要】：由于硅电子器件内在的局限性,以单分子为基础的分子电子学受到了广泛关注。当前,分子电子学所面对的基本问题就是如何对分子的电子传输进行测量和控制。而这个问题的关键又在于对单个分子的电子传导性进行检测,一般我们通过构建金属-分子-金属结对单分子进行电导的测量。现有研究表明,单分子结电导受诸多因素影响,如分子自身结构、锚定基团、电极材料、锚定构型和环境等。其中,锚定基团在电子传输过程中扮演了重要角色,常用的锚定基团有巯基、吡啶基、氨基、羧基等。羧基作为一种常用并有效的锚定基团,已被大家广泛研究,但对其锚定机制以及在苯环上位置和数量的变化对分子电导影响的报道相对较少。另一方面,由于共轭的低聚有机分子具有比烷基链分子更高的导电性,而受到大家的广泛关注,但对于随着分子聚合度或芳香性的增加,分子导电性质的变化研究也不多。本文采用基于跳跃接触的电化学扫描隧道显微镜裂结法(ECSTM-BJ),以Cu为电极,对苯类羧酸分子进行测量；同时以Au为电极,利用STM-BJ方法对低聚呋喃分子和以二氢化苯并噻吩为锚定基团(BT)的芳香性分子进行了电导测量。具体如下：1、以Cu为电极,通过采用对数和线性两种方法统计了以苯为基础的羧酸(对苯二甲酸)、羰基(对苯二甲醛、1,4-乙酰基苯)和羟基(对苯二甲醇)衍生物的电导,研究羧基和Cu电极之间可能存在的锚定位点。实验结果证明羰基和羧基都可以锚定到Cu电极上。2、以Cu为电极,比较对位苯二甲酸和间位苯二甲酸之间的区别,并在羧基和苯之间通过插入不同长度的亚甲基单元研究电子输运的量子干涉现象。实验发现在羧基与苯环直接相连时间位苯二甲酸没有发现相消量子干涉效应；当苯环两端各插入两个亚甲基后,出现明显的相消量子干涉效应3、以Cu为电极,对3个羧基位于苯环上不同位置的(1,2,4-苯三甲酸、1,2,3-苯三甲酸、1,3,5-苯三甲酸)分子进行电导测量,结果发现在苯三甲酸中主要还是以2个羧基进行锚定,并且另外一个羧基的存在导致电导变小。同时我们使用5-硝基间苯二甲酸和5-甲氧基间苯二甲酸进行验证,发现侧链基团为吸电子基团会导致电导减小,给电子基团使电导增大。4、系统探究了以Au为电极,分子长度不同的低聚呋喃分子的电导。结果发现随着分子长度的增加,总体上电导值相应减小,但在F5出现异常,这可能与F5的HOMO-1能级更接近Au的费米能级有关。同时重复单元相同时,低聚呋喃分子的电导总是比噻吩的大,这可能与前者的分子长度更短有关。5、系统研究了以Au为电极,芳香性大小不同的以二氢化苯并噻吩为锚定基团(BT)的分子电导。结果表明在BT分子中分子芳香性与分子电导之间没有明显的相关性,说明除了分子芳香性外,还存在其他因素如五元杂环的电负性、分子空间结构等也会对芳香性分子的电导造成影响。
【关键词】：电化学扫描隧道显微镜裂结法 羧酸 低聚有机分子 分子结 电导 分子长度
【学位授予单位】：浙江师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O621.21
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-24
• 1.1 分子电子学及分子器件10-14
• 1.1.1 分子电子学简介10-11
• 1.1.2 分子器件11-14
• 1.2 金属-分子-金属结电导14-22
• 1.2.1 金属材料15
• 1.2.2 分子本身15-22
• 1.2.3 环境22
• 1.3 本文论文的研究内容和目的22-24
• 第二章 实验24-33
• 2.1 实验试剂和材料24-25
• 2.1.1 实验试剂24-25
• 2.1.2 实验材料25
• 2.2 单晶电极及电解池25-27
• 2.2.1 Au(111)面的制备及实验前处理25-26
• 2.2.2 电解池处理26-27
• 2.3 STM针尖制备27-29
• 2.4 实验仪器及使用方法29-33
• 2.4.1 扫描隧道显微镜裂结法(STM-BJ)30
• 2.4.2 基于jump-to-contact的电化学扫描隧道显微镜裂结法30-33
• 第三章 羧酸分子与Cu电极键合时的锚定位点研究33-39
• 3.1 以苯为基础的分子的单分子结电导34-37
• 3.1.1 对数统计34-35
• 3.1.2 线性统计35-37
• 3.2 以烷基链为基础的分子的单分子结电导37-38
• 3.3 羧酸和Cu电极之间的锚定位点38
• 3.4 本章小结38-39
• 第四章 以Cu为电极的间对位侧链基团的长度对苯类羧酸分子电导的影响研究39-45
• 4.1 以Cu为电极的烷基链不断增长的苯类分子电导的测量40-42
• 4.2 侧链长度增长对相消量子干涉的影响42-44
• 4.3 本章小结44-45
• 第五章 以Cu为电极的多个锚定基团及侧链基团对分子电导的影响研究45-51
• 5.1 邻、间、对苯二甲酸分子结电导的测量47-48
• 5.2 三个羧基锚定基团对分子结电导的影响48-49
• 5.3 侧链基团对苯二甲酸分子结电导的影响49-50
• 5.4 本章小结50-51
• 第六章 呋喃分子长度与其电导关系研究51-58
• 6.1 传统STM-BJ法测量呋喃分子电导52-53
• 6.1.1 分子自组装52
• 6.1.2 电导测量52-53
• 6.2 呋喃分子的Au-分子-Au分子结电导53-56
• 6.3 低聚呋喃与低聚噻吩之间的区别56-57
• 6.4 本章小结57-58
• 第七章 共轭分子芳香性与其分子电导的关系研究58-64
• 7.1 以BT为锚定基团的系列分子电导测量60-61
• 7.2 BT分子的理论计算61-62
• 7.3 其他因素对BT分子电导的影响62-63
• 7.3.1 五元环的电负性对分子电导的影响62
• 7.3.2 Te与Au之间的强相互作用62-63
• 7.4 本章小结63-64
• 参考文献64-75
• 攻读学位期间发表论文75-76
• 致谢76-78

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