东京工业大学的研究人员最近进行的一项研究表明，具有非共价相互作用的分子结的结构在电子传输中起着关键作用。通过同时进行表面增强拉曼散射和电流电压测量，他们发现萘乙醇分子的单个二聚体结显示出三种不同的键，即π -π分子间和通过-π和通过空间的分子-电极相互作用。
π -π相互作用是芳香环或π共轭分子体系π轨道上的电子云重叠时发生的一种非共价相互作用。这种相互作用使电子在分子之间有效移动，为设计具有独特电子特性的材料提供了潜力。
这些分子形成的结的结构在电子传递中起着决定性的作用。然而，关于这些结的结构信息不足，使得在结构和电子输运性质之间建立明确的关系具有挑战性。
为了解决这一知识差距，来自日本的一组研究人员，由东京工业大学(Tokyo Tech)的助理教授Satoshi Kaneko和副教授Tomoaki Nishino领导，最近制造了萘乙二醇(NT)分子的单二聚体和单体结，并使用光学和电学相结合的测量方法对其结构和电子传输特性进行了详细的检查。他们的研究最近发表在《美国化学学会杂志》上。
研究人员首先将金电极沉积在涂有聚酰亚胺层的磷青铜板上，从而制造了这种结。接下来，他们选择性地去除金电极中心区域下方的聚酰亚胺材料，形成一个独立的结构。最后，他们将含有NT的乙醇溶液滴加到基板上，形成一层NT分子连接金电极。
在制造结之后，研究人员利用机械可控断结技术，同时进行了原位表面增强拉曼散射(SERS)和电流-电压测量(I-V)。Kaneko博士解释说:“接下来是对测量的振动能量和电导值进行相关性分析，从而确定分子间和分子-电极相互作用以及NT结中的传输特性。”
电流-电压测量显示出明显的高导电性和低导电性状态。高电导态源于NT -单体结，分子通过π -π直接与金电极相互作用，而低电导态则源于分子间π -π相互作用形成的NT二聚体。
然而，考虑到振动能量和电导，在结处确认了三种不同的结构，分别对应于高电导状态和两种低电导状态。当二聚体和单体构型的萘环通过π偶联直接与金电极相互作用时，形成了高导电结。相反，萘环和金电极之间通过空间耦合产生弱相互作用，导致弱导电结。
同时应用SERS和I-V技术可以区分NT分子结中的各种非共价相互作用，揭示其电子传递特性。此外，功率密度谱也揭示了非共价特性，”西野博士说。
因此，目前的发现为π -π相互作用提供了重要的见解，可以为在未来电子设备和技术的设计中利用芳香分子铺平道路。
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