【客户案例】华南理工大学赵祖金团队Angew:通过加强空间共轭实现具有增强分子电导性的稳定螺旋结构

单分子电导、螺旋结构、空间共轭、电荷输运、STM-BJ

开发具有稳定螺旋结构的长链分子对于理解和调控螺旋生物大分子的性质和功能具有重要意义，但同时也极具挑战性。

近日，华南理工大学赵祖金团队以新型邻六苯 (o-HP) 衍生物为模型，提出了一种通过加强空间共轭来稳定折叠螺旋结构的有效且简便的方法。从实验和理论上研究了所制备的折叠螺旋 o-HP 衍生物的空间共轭和电荷传输行为之间的构效关系。结果表明，通过引入吸电子吡啶和吡嗪可以加强 o-HP 衍生物中的空间共轭，从而有效地稳定 o-HP 衍生物的螺旋结构。此外，扫描隧道显微镜-断裂结测量表明，o-HP衍生物稳定的规则螺旋结构开辟了主要的跨空间电荷传输途径，通过加强与吡啶和吡嗪的跨空间共轭作用，单分子电导率提高了70%以上。但跨键电荷传输途径对o-HP衍生物的电导率贡献较小。这些结果不仅为探索稳定的螺旋分子提供了一种新方法，而且为在单分子水平上解释和调控螺旋体系的电荷传输行为奠定了基础。相关研究成果发表于《Angew. Chem. Int. Ed》上。

特别感谢赵老师对X-Tech单分子电子学电学表征仪器的支持，期待未来我们的产品能支持科研人员在更多重要科学问题上取得突破！

图文解析

图 1. a) o-HP、b) o-HP-2Py 和 c) o-HP-2Pn 的化学结构和立体化学结构。d)-f) o-HP、oHP-2Py和 o-HP-2Pn 的两种不同视图的单晶。橙色虚线表示硫原子之间的距离。绿色和红色虚线表示两个堆叠芳环的最近平面间距离。蓝色虚线表示硫原子和氮原子之间的距离。

图 2. a) o-HP、o-HP-2Py和 o-HP-2Pn 的 ¹H NMR 光谱。b) Ph-Ph 二聚体、Py-Py 二聚体和 Pn-Pn 二聚体的立体化学结构和非共价相互作用的可视化。c) o-HP、o-HP-2Py 和o-HP-2Pn 的后环（第二和第五个环）的原分子态平面静电势。

图 3. a) o-HP、o-HP-2Py和 o-HP-2Pn 的一维电导直方图。b)-d) oHP、o-HP-2Py 和 o-HP-2Pn 的二维电导-位移直方图，以及黑色虚线圆旁边标记的电导峰值。黑色虚线圆标记 HC 和 LC 状态的密度云。插图：黑色直方图表示 LC 状态的相对位移分布，灰色直方图表示 HC 状态的相对位移分布。e) o-HP（蓝色）、o-HP-2Py（橙色）和 o-HP-2Pn（粉色）的典型单个电导位移轨迹。f) o-HP-2Pn 的HC 和 LC 状态的典型单个电导位移轨迹。 G₀ = 2e2/h = 77.5 μS，其中e为电子电荷，h为普朗克常数，G₀处的初始峰代表Au-Au结的形成。

图 4. a)-c) o-HP、o-HP-2Py和 o-HP-2Pn 的归一化闪烁噪声功率与平均电导率的二维直方图。d) o-HP、o-HP-2Py和 o-HP-2Pn 的传输路径（阈值 = 0.10）。蓝色箭头表示正向传输，红色箭头表示反向传输。尺寸越大表示对传输的贡献越大。

图 5. a) o-HP、o-HP-2Py和 o-HP-2Pn 的非共价相互作用 (∆E) 的可视化。b) o-HP、o-HP-2Py 和o-HP-2Pn 的透射光谱。c) o-HP、o-HP-2Py 和o-HP-2Pn 的 HOMO 和 LUMO 能隙。EF 为费米能级。d) 计算的 AAA 构象中的 o-HP、o-HP-2Py 和 o-HP-2Pn 的HOMO–1、HOMO LUMO 和 LUMO+1 能级。红色虚线圆圈标记跨空间共轭。