西浦化学系研究者为诺贝尔化学奖创新成果的应用贡献力量

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2016年诺贝尔化学奖授予了在“分子机器设计和合成”方面做出杰出贡献的三位科学家,而来自西交利物浦大学的研究者们也在为推动这一革命性技术的应用贡献力量。

由西浦化学系副教授杨莉博士(下图左一)带领的研究团队正在攻关“将分子融入常规电子器件”的课题,这一研究将能极大地缩小电子设备的尺寸。

他们的研究成果已逐步获得科学界的认可,并已发表在该领域顶尖的学术期刊《纳米通讯》上,该期刊的影响因子为13.78,这一指标反映了该学术成果发表后被引用的平均次数。

论文指出,通过连接双硫醇分子到新型二维石墨烯电极上,成功构造了一个“分子结”。分子结由一个或几个分子构成,这些分子能够在两个电极之间实现电子传输的功能。分子结是分子电子学的基本单位,了解其对电传输的作用对于该领域的未来发展至关重要。

使用分子结,通过扫描隧道显微镜,研究者可以直接测量出流经分子结的电流。

以往分子结方面的研究主要集中在金属电极上,西浦研究者首次创新地使用了石墨烯电极并成功直接测量了分子的电性能。

《纳米通讯》的审稿专家表示:“关于此类研究的学术成果很多,但事实上都是使用金属例如金电极。该研究成果很有新意,提供了新的设计思路和策略,论文阐述并比较了非对称石墨烯-分子-金电极分子结和对称金电极构筑的分子结的几个重要科学问题。”

与传统的对称分子结相比,西浦的研究者发现,不对称接触使得分子与石墨烯界面产生较弱的耦合,相比对称金电极与分子界面之间有更强的电荷转移。这意味着,长分子链具有更高的导电率,非对称构型为未来设计电子能量消耗更低的器件提供了广阔的应用潜力。

张骞(上图)是该篇论文的第一作者,也是西浦的一名在读博士生。他表示:“我们很高兴能够在该领域取得进展,并得到著名学术期刊的认可。分子机器的相关技术将推动技术微型化的进一步发展。”

“发明行动可控、在给予能源后可执行任务的分子机器”,这是2016年诺贝尔化学奖获得者让·皮埃尔·索维奇((Jean-Pierre Sauvage))、弗雷泽·斯托达特(Sir J. Fraser Stoddart)和伯纳德·费林加(Bernard L. Feringa)的首创技术,他们的获奖理由是用化学分子设计与合成了世界上最小的机器。

1983年,法国化学家让·皮埃尔·绍瓦热迈出了通往分子机器的第一步,他将两个环状分子连成链状,并将其命名为索烃。随后的1991年,斯托达特成功制备了轮烷,其中一个分子为链,一个分子为环,环分子可以绕链转动。在此基础上,科学家成功研制了分子起重机、分子肌肉和分子芯片。费林加则是发展分子发动机的第一人。1999年,他制备了一种能够持续朝一个方向转动的分子发动机,用它转动了比它大一万倍的玻璃杯,并且设计了一个微型车。

诺贝尔化学奖的颁奖者瑞典皇家科学院对三位研究成果的重要性及对未来发展的重要影响给予了高度评价:“分子发动机和19世纪30年代产生的电子发动机具有同等的地位,科学家们相继发明了旋转的曲柄和转轮,却没有意识到会推动电动火车、洗衣机、电风扇和食品加工机的发明生产。”

(翻译:吉惠娴 编辑:许恬甜 寇博)

Tagged as: 工程与技术 科研

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