Angew. Chem. :提升电子传输效率的双金属电极

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分子宛如纳米尺度的电线,分子轨域是电子传输的媒介,而传输效率攸关分子器件的性能。影响电子传输效率的关键之一是主要传输通道的分子轨域与电极的耦合程度,而这个耦合程度,根据费米黄金定则(Fermi's golden rules),应与电极d能带的能态密度(density of states)呈正相关。如何提高电极d能带的能态密度、提高分子与电极的耦合程度,从而提升电子传输效率是项重要的课题(下图)。



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台湾大学化学系陈俊显教授课题组,运用电化学方法在金电极表面修饰上厚度为单原子的单层钯或铂,先以低电位沉积法(underpotential deposition)于金电极表面还原单一原子层的铜,再经表面侷限氧化还原取代(SLRR, surface limited redox replacement)将铜原子层置换为钯或铂的双金属电极。导电式原子力显微镜可测得桥接于双金属电极间的饱和烷分子(X-(CH2)n)-X, X = -SCH3, -NH3, -CN; n = 4, 6, 8)的导电值。结果显示以双金属电极的饱和烷分子的导电值比在未修饰的金电极的导电能力大了2-30倍。


紫外光电子能谱(下图)显示电化学修饰电极于0~2 eV处的光电子讯号较金电极为强,这是由于金是d轨域填满的s1d10的电子组态,而钯或铂是未填满的d8电子组态。d轨域的填满或未填满分别代表d能带低于或跨越电极的费米能阶,亦即在费米能阶处不具有或具有d能带的贡献。

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研究人员指出这样的特性使得修饰了钯或铂的双金属电极在费米能阶处的d带态密度高于未修饰的金电极,使得分子和电极间的耦合程度提升,以致单分子导电值得以提高。此项研究结果揭示调控材料表面组成的方法,此方法可有效地设计材料表面的电子结构。以费米黄金律的概念,提升分子和电极间的耦合程度以及电子传输效率。

文信息

Increased Surface Density of States at the Fermi Level for Electron Transport Across Single-Molecule Junctions

Dr. Mong-Wen Gu, Chih-Ta Lai, Dr. I-Chih Ni, Prof. Dr. Chih-I Wu, Prof. Dr. Chun-hsien Chen


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202214963




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