交叉共轭烯烃与量子干涉效应研究取得重要进展

发布日期:2019-4-4     浏览次数:1064次    发布者:刘春英    

我院吴玮教授课题组与以色列希伯莱大学Shaik教授、美国康奈尔大学Hoffmann教授课题组开展国际合作, 在交叉共轭烯烃与量子干涉效应的关系方面取得重要进展,相关研究成果“Cross Conjugation in Polyenes and Related Hydrocarbons: What Can Be Learned from Valence Bond Theory about Single-Molecule Conductance?” 发表在 J. Am. Chem. Soc., 2019, DOI: 10.1021/jacs.9b01420

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在单分子电子学中,分子结是分子器件的结构单元。电子在分子结中输运时,由于不同输运通路之间的相位差,会产生量子干涉效应。量子干涉效应的深入研究对设计不同功能的分子器件具有非常重要的指导作用,因此引起了化学家们广泛关注。已有研究表明,量子干涉效应与有机分子中的交叉共轭现象紧密关联,而对于两者之间的关系,目前仅有一些粗略估计和定量描述。

鉴于此,三个课题组通过国际合作,对三类交叉共轭体系开展了研究工作。本工作中理论计算主要是运用吴玮教授课题组自主开发的厦门价键程序完成的。研究发现,dendralene是链式共轭多烯的同分异构体,但是该体系中pi电子的离域程度却明显较低;而对醌二甲烷和邻醌二甲烷这两个体系中pi电子表现出了更强于链式共轭多烯的离域效应。通过与分子电导实验结果对比,我们发现,如果电极与交叉共轭分子相连的两端能形成价键波函数中的双自由基,电子在输运时就不会产生相消量子干涉效应;反之,分子的交叉共轭结构则会破坏电极所在位置的电子偶合,就会产生相消量子干涉效应。本研究工作对于准确判断电子在单个有机共轭分子不同输运通路中的量子干涉效应有重要指导意义。

该研究工作理论计算部分主要由吴玮教授和Shaik教授指导,第一作者谷俊井工程师完成;量子干涉效应分析主要由Shaik教授和Hoffmann教授指导,Stuyver博士后完成;以色列希伯莱大学高级研究助理David Danovich和日本九州大学助理教授Yuta Tsuji参与了数据讨论。该工作得到国家自然科学基金重点项目(批准号:21733008)、厦门大学校长基金项目(批准号:20720180025)的资助,以及固体表面物理化学国家重点实验室面向界面物理化学大数据系统与计算平台的大力支持。

论文链接:https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/jacs.9b01420