化学学院在表面有机反应相关研究中取得重要进展
我校化学与分子工程学院的刘培念教授课题组近年来在表面有机反应研究领域取得了一系列重要进展。最近，该课题组与香港科技大学物理系的林念教授课题组和湖南大学应用物理系的陈克求教授课题组在《美国化学会志》（JACS）合作发表论文“Negative Differential Conductance in Polyporphyrin Oligomers with Nonlinear Backbones”。
负微分电导（Negative Differential Conductance，NDC）效应是电流随着偏压增加而减少的一种现象，因其独特的性质在分子开关、分子放大器、分子存储器等方面得到了广泛的应用。在本研究工作中，研究者们首先通过超高真空环境下的表面Ullmann反应在超洁净的Au(111)表面合成了T型、L型和直线型的聚卟啉分子，然后，通过扫描隧道显微镜的针尖操纵，将不同形状的聚卟啉单分子链从Au(111)表面上拉起，就可以选择性地控制电荷在不同形状的聚卟啉单分子链中的传输路径。在此基础上，对单分子链的构型、构象以及电荷传输路径对负微分电导效应的影响进行了系统研究。他们发现对于T型聚卟啉分子，电荷通过T形单分子结时会产生稳定和显著的NDC效应，对于L型的聚卟啉分子，电荷通过90°拐点时会产生双稳态NDC效应，但是通过120°拐点时则不会产生NDC效应，而对于直线型聚卟啉分子，电荷通过时不会产生NDC效应。通过第一性非平衡格林函数计算，对金属——分子——金属单分子结的电荷传输进行了模拟，揭示出了NDC效应的内在机制：基于分子骨架的分子轨道决定了共振电荷传输的通道；分子轨道与电极之间的耦合强度受到外加偏压的调控，偏压越高，耦合强度越弱。这种NDC效应产生机制的新发现可以为各种具有NDC效应的分子结的构建提供指导和理论根据，为NDC分子器件的设计开辟了新的路径。
该研究得到了龙亿涛教授和田禾院士领衔的国家自然科学基金创新研究群体项目以及NSFC-RGC联合项目等的资助。