郭雪峰课题组围绕分子器件的接触界面基础科学问题，致力于发展制备稳定纳米/分子晶体管的普适性方法，研究异质界面诱导的新奇物理化学现象，通过设计实现对器件性能的调控，是世界上能开展单分子本征输运物性研究为数不多的几个课题组之一。最近，他们在基于石墨烯电极的第二代单分子器件的制备及界面调控研究中取得系列进展。
该课题组首先通过四年努力，发展了第二代的基于石墨烯纳米电极的单分子器件研究平台（Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 12228）。该平台利用自上而下的微纳加工技术制备出间隙小于10nm的石墨烯点电极阵列，然后利用自下而上的自组装技术将单个分子通过酰胺共价键嫁接到纳米电极之间，从而实现了高成功率、稳定的单分子器件制备。在进一步工作中，他们将功能单分子应用到该体系，成功制备了对光、PH或化学环境有响应的单分子开关（Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 3906），证实了该方法的普适性、可靠性和重现性。该器件平台的主要发展者是曹阳博士，她毕业后已赴英国曼彻斯特大学2010年诺贝尔物理学奖获得者Andre Geim课题组从事博士后研究。
电极与分子的接触界面问题一直是分子电子器件研究的核心科学问题之一，也是该领域的难点和热点。针对这一科学问题，他们应《Chemical Society Reviews》邀请撰写了指导性综述（Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 5642。封面文章），详细讨论了如何形成电极与分子间的不同接触界面和如何控制它们之间的耦合程度，从而实现对分子本征性能调控的策略；应《Advanced Materials》邀请撰写了如何利用电极与分子的可靠接触界面发展在单分子检测方面的潜在应用的评论性综述（Adv. Mater. 2013, 25, 3397。封面文章）。基于这些思路，最近该课题组利用已发展起来的单分子研究平台将系列二芳烯衍生物应用到单分子器件，通过分子工程设计进行结构改性的手段达到了对分子和石墨烯电极的界面电子结构的调控，从而成功地实现了单分子光开关效应，并结合理论模拟揭示了内在的光诱导电导和量子传输机制的变化规律。该项工作近期发表于Angew. Chem. Int. Ed.（DOI: 10.1002/anie.201304301），被Angew. Chem.编委选为“hot paper”，也被Nature以“Single-Molecule Electric Switch”为题作为亮点工作报道（Nature 2013, 499, 129。http://www.nature.com/nature/journal/v499/n7457/full/499129c.html）。该项工作的共同第一作者分别是博士研究生贾传成同学和王进莹同学。利用相同的界面调控思路，他们还将单层双稳的环轴烃分子同石墨烯电极结合，成功实现了单层分子界面调控的逻辑智能场效应晶体管（Adv. Mater. 2013, DOI: 10.1002/adma. 201302393）。
这些工作的合作者包括刘忠范院士（澳门新甫京娱乐娱城平台）、刘志荣教授（澳门新甫京娱乐娱城平台）、J. Fraser Stoddart教授（Northwestern University）等，并得到了科技部、国家自然科学基金委和教育部基金的资助。
北大化学微信