“自下而上”构建纳米结构的一个主要目标是制备分子电子器件,即所有元部件均由分子组成。对电子器件而言,为获得很高的载流子传输率,分子部件间必须是共价连接。分子导线是构建分子器件的重要组成部分,故可作为分子导线的一维共轭聚合链的合成具有重要意义。本论文主要研究了通过选取不同的分子前体(包括4,4″-二溴对三联苯(DBTP)、自由基卟吩(H-P)、5,15-(二-4-乙炔基苯基)卟啉(DEPP)、5,15-双(2,4,6-三甲基苯基)卟啉(DMP))和基底(包括Cu(110)、Ag(110))来构建一维共轭聚合链。以下为本论文的主要研究成果:1.利用4,4″-二溴对三联苯(DBTP)分子的乌尔曼偶联反应,在Cu(110)、Ag(110)表面合成了一维共轭聚合链。扫描隧道显微镜(STM)研究结果表明,在两种表面上,逐步热激发诱导一维有机金属链转变为一维共轭聚合链。除了乌尔曼反应产生的一维线形共轭聚合链,还获得DBTP分子通过间位直接碳碳偶联形成的一维阶梯形共轭聚合链。2.利用扫描隧道显微镜(STM)研究了金属表面对一维分子链形成的影响。将自由基卟吩(H-P)分子沉积到室温金属表面上,再逐步进行退火处理。实验结果显示,在Cu(110)表面,金属Cu原子参与偶联反应通过C-Cu-C键形成一维线形有机金属链,热激发诱导一维有机金属链向二维方向生长形成一维有机金属条带。不同的是,H-P分子在Ag(110)表面的主导聚合反应是C-C偶联反应,形成的产物为共轭聚合物,当分子覆盖率较高时可形成一维线形共轭聚合短链。3.在分子水平研究了金属表面终端炔基的反应方式。在Cu(110)表面,热激发DEPP分子偶联形成聚合链,由于Cu(110)表面活性高,此时DEPP分子的炔基已经裂解。在Ag(110)表面,DEPP分子沉积导致DEPP分子和Ag原子混合形成自组装结构,热激发诱导炔基和Ag原子键合形成稳定的一维线形有机金属链。4.利用扫描隧道显微镜(STM)研究了金属表面对5,15-双(2,4,6-三甲基苯基)卟啉(DMP)分子终端三甲基苯基的反应方式的影响。DMP分子在Ag(110)表面形成了基于CH-π键的一维线形分子链,随着热激发温度的不断增大该一维分子链消失,形成杂乱无章的聚合物。相反,将DMP分子沉积到室温的Cu(110)表面形成非共价的自组装结构,退火至423K诱导DMP分子形成一维共轭聚合链。该聚合反应涉及脱氢偶联和脱氢环化,反应位点包括三个甲基、苯环CH、卟啉环βCH,最终实现了DMP分子间单个位点的碳碳偶联和连续位点的碳碳偶联,后者使得DMP分子在连接处形成2~3个新的芳香环。