近日，我院洪文晶教授、唐淳教授与材料学院白杰副教授团队首次在单分子尺度下对离子相互作用的电荷输运能力进行了直接测量，揭示了离子相互作用可构筑与共价键相媲美的高效电荷传输通道，并实现了对离子相互作用的动态调控。相关成果以“Unveiling the Dynamic Ionic Interactions at the Single-Molecule Resolution”为题发表于Journal of the American Chemical Society（DOI: 10.1021/jacs.5c22975）上。
离子键是驱动众多化学与生物过程的核心作用力之一，例如蛋白质折叠过程中的盐桥构筑以及离子通道内的神经信号传导。与具有明确方向性与饱和性的共价键相比，离子键的本质属性使其天然缺乏此类空间与计量约束，这一特征为在非周期性体系及动态环境中精准表征与阐释其行为带来了显著挑战。尽管理论计算模拟与晶体学解析手段在预测周期性晶格内的离子排布方面已取得显著进展，然而在单分子尺度下直接探究非周期性、动态的离子相互作用，仍是当前领域内亟待突破的核心难点。
面对这一挑战，研究团队利用单分子电学测量技术，巧妙地设计了由卤素阴离子桥接的双苄铵阳离子对体系，首次在单分子精度下“看清”了离子桥连分子体系的导电能力。实验不仅证实了离子键可形成与共价连接相媲美的高效电荷传输通道，更深入揭示了其固有的动态作用本质。研究表明，该动态特性源于离子相互作用与范德华作用的精妙协同，并可通过以下两种途径实现精确调控：其一，借助热激活效应调制超分子组装体的几何构型；其二，通过改变桥接阴离子的半径实现对相互作用强度的精细调节。这一独特的可调谐性使得离子界面的电导可发生逾一个数量级的显著变化，并将电荷传输距离的调控精度推进至亚纳米尺度。该研究在单分子水平上为理解动态离子相互作用提供了基础性的新认知，不仅深化了对分子间作用力本质的科学理解，更为未来设计新型分子电子材料及器件开辟了全新的研究路径。
该工作在我院洪文晶教授、唐淳教授及材料学院白杰副教授的共同指导下完成。我院原博士后李紫芹（现为嘉庚创新实验室副研究员）、原博士后陈力川（现为南开大学电子信息与光学工程学院副研究员）及2023级硕士生易洋为论文共同第一作者。本研究得到了国家自然科学基金（22325303、22305199、22250003）和新一代人工智能国家科技重大专项（2025ZD0122704）的资助。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c22975
