厦门大学洪文晶教授课题组在超分子电子学领域取得重要进展。相关研究成果以“Nanoscale Evolution of Charge Transport Through C–H···π Interactions”为题发表于Journal of the American Chemical Society (DOI: 10.1021/jacs.4c08975)。
C-H···π作用在生物学和化学的许多关键过程中都扮演着重要角色，包括蛋白质折叠，分子识别和催化等。过去的研究已经表明，多个C-H···π作用可以协同增强分子间的吸引力，有时甚至比常见的芳香环之间的π-π相互作用还要强。利用多重C-H···π作用热力学上的优势可以与其他分子间相互作用竞争从而调控宏观性质，比如溶解度、晶体形貌等。然而，目前C-H···π作用的研究大多只停留在宏观层面，分子间距离如何影响电子耦合和电荷输运这一问题的理解还非常有限。
针对上述问题，课题组利用扫描隧穿裂结（STM-BJ）技术，构筑了具有C-H···π作用的超分子结，并在单分子水平上研究了分子间电荷传输的纳米尺度演化。实验结果表明，多重C-H···π作用的超分子结具有高效的电荷输运能力，其电导是π-π堆积超分子结的3.5倍。此外，π-π堆积超分子结的电导随分子间位移的增大表现出周期性的变化趋势，而C-H···π超分子结的电导随位移的增大先衰减，而后逐渐收敛。结合理论计算，他们揭示了超分子结电输运随分子间位移的演化机制，即π-π堆积会在相消量子干涉和相增量子干涉之间反复转换，而C-H···π堆积则从相消量子干涉转变为相增量子干涉并收敛。该工作揭示了C-H···π作用在电子输运和可调控性方面的重要潜力，为基于分子间相互作用的分子材料和器件的设计提供了新的思路。
该工作在洪文晶教授的指导下完成，嘉庚创新实验室/厦门大学博士后周彧、硕士毕业生季淑蕊、博士后朱奕轩为论文共同第一作者。该工作得到国家自然科学基金（22325303、22250003、22403036、22303071、22405103）以及中国博士后基金（2023M731328）等资助。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c08975
