摘要: 有机光电性分子尤其是噻吩类分子由于其具有化学性质稳定、电学性质优异及加工方便等优点成为有机半导体分子中的研究热点。噻吩等有机光电性分子被广泛应用于有机发光、有机场效应晶体管、有机太阳能电池等分子器件的制备。众所周知，分子器件性能的... 展开 有机光电性分子尤其是噻吩类分子由于其具有化学性质稳定、电学性质优异及加工方便等优点成为有机半导体分子中的研究热点。噻吩等有机光电性分子被广泛应用于有机发光、有机场效应晶体管、有机太阳能电池等分子器件的制备。众所周知，分子器件性能的好坏与构筑分子的本身性质相关，分子在器件内的排列方式也是一个重要的因素。另一方面，对表/界面分子组装和超分子结构的精确控制，仍然有很多需要澄清和解决的基本科学问题。因此研究有机光电性分子在二维表面的吸附组装规律，不仅对物理化学本质的理解具有十分重要的意义，对于研究分子电子学器件中电荷传输的基本问题、膜结构与性能的关系、提高器件性能及寿命等都有重要意义。本论文结合电化学方法和STM技术系统研究了分子的主干、取代基等分子本身结构、基底、溶剂效应对分子表/界面自组装结构的影响，并把体系由单组分扩展到了双组分体系，通过控制溶液中双组分的浓度比例达到调控表面杂化结构形成的目的。论文的研究内容主要分为以下几个方面： 一、基底对寡聚噻吩类分子自组装结构的影响： (1)研究了四个含有羧基取代基的寡聚噻吩分子DTDA、TTDA、QTDA、PTDA(分子主干分别含有2-5个噻吩环)在Au(111)基底表面的自组装结构，并与其在HOPG表面自组装结构进行比较分析。在Au(111)基底上，分子间的作用力主要是氢键作用，由于分子中含有S原子，故与基底的作用较强。实验过程中发现，随着分子中噻吩环数目的增加，分子在Au(111)表面的组装结构由有序向无序过渡：含有两个和三个噻吩环的DTDA、TTDA分子在表面均能形成长程有序结构，含有四个噻吩环的QTDA形成局域有序结构，含有五个噻吩环的PTDA则形成无序组装，说明分子与基底的作用力在分子组装的过程中随着分子噻吩环数目的增加逐渐占据主导作用。对比分子在HOPG表面的自组装发现，DTDA、TTDA、QTDA在HOPG表面均能形成高度有序组装结构，分子之间的氢键作用力与分子与基底的作用力差别不大，对吸附结构的影响相当。 (2)研究了三个双氟代二氧硼烷衍生物(DOBs) MH63、LD2、AS在Au(111)表面的自组装结构。三个分子均能在Au(111)表面形成高度有序组装结构，但相同的分子在HOPG表面却不能形成有序组装。分子的组装结构表现出很强的基底依赖性。在Au(111)表面，分子中的F原子与基底作用较强，使其立体性降低，分子间形成H-F键，稳定了分子的有序组装结构；由于分子中F代含硼杂环具有一定的立体性，其与石墨基底之间的作用力势必很弱，而分子间也缺乏相对较强的作用力，因此分子在石墨表面很难吸附。 二、分子结构对自组装结构的影响 (1)研究了三个含有相同取代基而主干不同的寡聚噻吩分子在HOPG表面的自组装结构。主干含有一个三聚噻吩单元的分子和含有三个三聚噻吩单元的分子在基底表面能够形成二聚体结构，而主干含有两个三聚噻吩单元的分子在基底表面只能形成单分子的紧密排列结构。 (2)研究了三个含有相同主干而取代基不同的吡啶类分子在HOPG表面的自组装结构。取代基含有六个碳原子的C6PYR不能在石墨表面吸附形成有序结构；而含有十二个和十八个碳原子的PBP分子和C18PYR分子却能在表面形成高度有序的自组装结构，且形成的自组装结构相似。这种现象说明烷基链之间的范德华力是稳定分子有序组装的重要驱动力。 三、寡聚噻吩分子表面杂化结构及单分子性质的研究 电子给体分子DTT与电子受体分子PBP能在HOPG表面形成高度有序杂化组装结构，并且杂化结构会随着混合溶液中两种组分浓度比例变化而发生改变。随着溶液中PBP:DTT浓度比例增大，改变了DTT分子在HOPG表面的吸附环境，导致不同杂化结构的生成。扫描隧道谱(STS)实验显示，单组分组装结构中DTT和PBP单分子的HOMO/LUMO、能隙值与菱形杂化组装结构中两种组分的单分子HOMO/LUMO、能隙值相近。因此可以看出，两种分子在形成杂化结构后单分子性质并没有发生很大改变。 研究结果对表面分子纳米结构的构筑与调控，对于分子器件性能的改善，揭示表/界面分子组装规律和单分子性质研究具有重要意义。 收起