有機(jī)半導(dǎo)體材料因具有來源廣泛、結(jié)構(gòu)靈活可調(diào)、易于大面積化、柔韌性好等優(yōu)點(diǎn)，近年來引起了工業(yè)界和學(xué)術(shù)界極大的關(guān)注。作為薄膜器件，有機(jī)半導(dǎo)體材料在應(yīng)用中大多為固體薄膜狀態(tài)，器件的性能不僅取決于有機(jī)分子本身的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，與有機(jī)分子與電極之間的界面結(jié)構(gòu)及物理化學(xué)特性也密切相關(guān)。研究有機(jī)分子在電極表面的堆積模式，揭示有機(jī)分子與電極之間的界面電荷轉(zhuǎn)移機(jī)制，探索有機(jī)分子與電極間界面的結(jié)構(gòu)與性能的聯(lián)系，對有機(jī)半導(dǎo)體器件性能的提高及其設(shè)計(jì)構(gòu)筑具有重要意義。  

　　在科技部、國家自然科學(xué)基金委及中國科學(xué)院的支持下，中國科學(xué)院化學(xué)研究所分子納米結(jié)構(gòu)與納米技術(shù)院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的研究人員長期致力于功能有機(jī)分子界面堆積結(jié)構(gòu)及電學(xué)特性研究，他們利用原位高分辨的掃描探針顯微技術(shù)，從分子層次上系統(tǒng)研究了富勒烯[J. Phys. Chem. C, 2010，114, 3170]、OPV衍生物[PNAS, 2010. 107: 2769；Chem. Commun., 2009. 3765]，雙曲面石墨烯分子[PNAS, 2008. 105:16849]等的界面取向、堆積結(jié)構(gòu)、以及電學(xué)特性。最近，研究人員以富勒烯-二茂鐵復(fù)合物Fe(C60Me5)Cp為模型，從分子水平上研究了電子給體-受體化合物在電極界面的結(jié)構(gòu)及其與電極間的原位電子轉(zhuǎn)移過程，相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在近期的J. Am. Chem. Soc. 上。（2014, 136 (8), 3184–3191)   

　　富勒烯-二茂鐵復(fù)合物Fe(C60Me5)Cp是一種典型的電子給體-受體化合物，利用原位電化學(xué)掃描隧道顯微技術(shù)結(jié)合理論模擬，研究人員從分子水平上研究了Fe(C60Me5)Cp在電極界面的堆積結(jié)構(gòu)及其與電極間的原位單電子轉(zhuǎn)移過程。結(jié)果顯示，在0.1HClO4/Au(111)界面，F(xiàn)e(C60Me5)Cp形成以分子二聚體為結(jié)構(gòu)基元的線性結(jié)構(gòu)，分子以反平行方式排列并通過偶極-偶極相互作用。在0.1NaClO4/Au(111)界面，F(xiàn)e(C60Me5)Cp形成六次對稱的密排結(jié)構(gòu)，在與電極間發(fā)生一個(gè)電子的氧化反應(yīng)后，分子的前線軌道發(fā)生重排，使得氧化態(tài)的Fe(C60Me5)Cp分子在STM圖像中表現(xiàn)出更高的亮度，從而可以在分子層次上對該單電子轉(zhuǎn)移過程進(jìn)行直接觀察和研究（如圖）。研究發(fā)現(xiàn)，吸附的Fe(C60Me5)Cp分子與電極間的電子轉(zhuǎn)移速率較慢，并且，界面單分子層中分子的氧化并不是隨機(jī)的，與氧化態(tài)分子相鄰的Fe(C60Me5)Cp分子更容易失去電子，說明在吸附層內(nèi)存在電荷擴(kuò)散。該結(jié)果有利于對電子給體-受體化合物結(jié)構(gòu)性能間的構(gòu)效關(guān)系的理解，同時(shí)也為從分子水平研究電子給體-受體化合物的電子轉(zhuǎn)移過程提供了一條有效的途徑。

單電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)前后Fe(C60Me5)Cp分子的STM圖像（上圖）及分子前線軌道（下圖）的變化