近日，化材学院周小顺研究员团队围绕单分子电子输运和单分子反应调控取得研究进展，相关成果发表于国际顶级期刊Journal of the American Chemical Society。两项工作发展了基于STM断裂结的单分子尺度研究方法，分别聚焦“分子聚集如何影响量子输运”和“局域电场如何驱动界面反应”两个问题，为理解纳米限域界面中的电荷传输、分子相互作用和反应路径调控提供了新的思路。

聚焦分子聚集，在量子干涉调控与电子输运方向实现创新拓展。在单分子电子输运方向，研究团队提出“浓度诱导聚集”策略，通过调节溶液中芳香分子的浓度，引导间位和对位取代芳香分子形成双锚定π堆积二聚体分子结。以往报道中，π–π堆积形成的二聚体分子结因电子传输路径增长而表现出较低电导。而该研究发现，浓度诱导形成的双锚定π堆积二聚体分子结可显著增强电子输运，最高实现约700%的电导提升。荧光光谱结果证明，高浓度条件下芳香分子发生明显π–π堆积。STM断裂结测量和闪烁噪声分析进一步表明，双锚定π堆积二聚体分子结不仅引入了通过空间的电荷输运通道，还能够调控间位连接分子中原有的破坏性量子干涉效应。理论计算证实，分子间相互作用可改变电荷输运路径和量子干涉特征。该工作将溶液中的分子聚集行为与单分子结中的量子输运联系起来，为分子电子器件中利用弱相互作用调控电学性能提供了新的思路。

该成果以“Harnessing Aggregation-Induced Quantum Interference in Molecular Junctions for Enhanced Electron Transport”为题发表于Journal of the American Chemical Society。浙江师范大学化材学院博士研究生童凌、硕士研究生王梦悦为论文共同第一作者，浙江师范大学王亚浩副教授、周小顺研究员与华中师范大学金山教授为论文共同通讯作者，万强老师提供了理论计算支持。

聚焦局域电场催化，实现水相C–H键选择性卤化。在单分子反应调控方向，研究团队利用扫描隧道显微镜（STM）针尖与导电基底之间形成的纳米局域强电场，实现了室温水相中羧酸α-C–H键的选择性催化氯化、溴化和碘化。该策略无需传统强卤化试剂和苛刻反应条件，可在含卤离子的水溶液中完成芳基和烷基羧酸的α位卤化，为水相C–H官能团化提供了一种界面电场调控方案。研究表明，反应主要发生在STM针尖与基底之间的纳米限域区域，具有明显的空间局域性和位点选择性。团队进一步利用STM断裂结技术在单分子尺度原位监测反应过程，发现反应表观速率随针尖偏压和卤离子浓度升高而增加。机理研究表明，针尖局域电场可活化界面水并生成羟基自由基，随后羟基自由基夺取羧酸α-H形成烷基自由基，进而生成α-卤代产物。此外，研究还发现碱金属阳离子会影响电场驱动水相反应的速率，其中Cs⁺条件下的表观反应速率约为Na⁺条件下的两倍。该工作说明，STM针尖局域电场不仅可用于单分子表征，也可作为纳米尺度反应平台，用于研究界面水、局域电场和自由基反应之间的耦合关系。

该成果以“Atomic-Scale Selective C–H Halogenation Driven by Tip Electric Field in Water”为题发表于Journal of the American Chemical Society。浙江师范大学化材学院万强副教授、硕士研究生孙楠和博士研究生童凌为论文共同第一作者，浙江师范大学王亚浩副教授、周小顺研究员与清华大学李亚栋教授为论文共同通讯作者。

浙江师范大学化材学院界面电化学团队长期依托STM断裂结、电化学表征、表面增强拉曼光谱和理论计算等手段，研究单分子电化学、分子结电子输运和界面反应机制。近年来，团队围绕单分子尺度电荷输运、分子结构型识别、电场调控反应和界面离子效应等问题开展了系列研究，相关成果发表于J. Am. Chem. Soc.、Nat. Commun.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.等期刊。团队将继续围绕纳米限域界面中的分子行为和反应机制开展研究，推动单分子测量方法在绿色合成、原子尺度制造和分子电子器件中的应用。

编辑：武艳