【仪表网 研发快讯】分子是构成物质世界的基本单元。单分子科学与技术在解决物理、化学和生命科学等领域的许多关键科学问题方面发挥重要作用。北京大学化学与分子工程学院郭雪峰教授课题组长期致力于单分子科学的研究，并与合作者开发了碳基单分子器件的平台，发展了单分子电子学研究的新技术和方向。他们通过微纳加工工艺制备了边缘羧基修饰的碳基纳米间隙点电极，并与末端为氨基的分子反应形成稳定的“石墨烯-分子-石墨烯”异质结，解决了器件稳定性差和制备困难的问题。在此平台上，课题组构建了单分子开关、传感器和场效应晶体管，并在单分子化学反应动力学方面进行了创新探索，有望带来颠覆性的芯片核心技术和精准分子诊断技术。经过近20年的研究，郭雪峰课题组已成为碳基单分子器件研究的代表性团队，之前受Accounts of Chemical Research期刊邀请发表3篇综述(Acc. Chem. Res . 2020, 53 , 159; Acc. Chem. Res . 2015, 48 , 2565; Acc. Chem. Res . 2008, 41 , 1731)，回顾了分子器件的迭代制备技术以及其在化学反应和生命科学领域的应用。近日，他们再次受邀发表了2篇综述，分别回顾了在有机场效应晶体管和单分子光物理方面的重要进展。
前不久，郭雪峰和香港大学教授唐晋尧在Accounts of Materials Research上发表了题为“Supramolecular Design and Assembly Engineering toward High-Performance Organic Field-Effect Transistors”的邀请综述。该综述描述了超分子组装如何利用分子间的非共价相互作用自行组织成有序结构。单晶有机半导体(OSCs)在电子设备中表现出优异性能，但快速组装过程中不可避免的缺陷会影响性能。通过不同处理方法，可调节OSCs的聚集形式以实现高性能设备。该文章综述了分子设计、分子间相互作用及宏观形貌控制，并讨论了优化OSC薄膜的策略及未来发展方向。该工作的共同通讯作者为郭雪峰、唐晋尧和浙江大学教授陈洪亮，第一作者是北京大学已毕业博士李明亮.
图1 面向高性能有机场效应晶体管的超分子设计与组装工程
近期，郭雪峰再次受邀在Accounts of Materials Research上发表了题为“Single-Molecule Functional Chips: Unveiling the Full Potential of Molecular Electronics and Optoelectronics”的邀请综述，回顾了通过分子工程，界面工程和器件工程构建稳定的单分子光电器件，并基于石墨烯基单分子器件可集成的策略，实现了光开关、实时通讯以及逻辑运算的功能，构建了单分子功能性芯片，强调了单分子电子学和光电子学在微型化设备制造、内在机制探索和先进芯片应用中的重要性。进一步的跨学科合作，包括微纳加工、有机合成和理论计算等，将有助于单分子电子学和光电子学的快速发展，使其适合实际应用。该工作的共同通讯作者为郭雪峰和北京大学化学与分子工程学院博士杨晨，该工作的共同第一作者为博士生张恒和博士生李珺浩。
图2 单分子功能芯片揭示分子光电子学和分子电子学的全部潜力
该系列工作得到了来自国家自然科学基金委、科技部、北京市科委、北京分子科学国家研究中心和北京大学等项目的支持。
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