李远明研究员课题组：用原子打造专属于纳米小人的微观“办公桌”——基于二茂铁的梯型共轭分子的单分子电导与混价特性

近日，我院李远明研究员课题组联合中国科学院福建物质结构研究所张潜翀研究员团队、中南大学郭爱敏教授团队，在Organic Letters 上在线发表了题为“Deskarene: Single-Molecule Conductance and Mixed-Valence Character of Diferrocene-Based Ladder-Type Conjugated Molecules”的研究论文，并被遴选为迎马年新春主题的封面论文。该工作通过巧妙的分子设计，成功构建了基于二茂铁的蒽稠合梯型分子（2Fc-anti和2Fc-syn），系统研究了其混合价态行为与单分子尺度下的电荷输运能力，为高性能分子导线的发展提供了新思路。

作为连接分子世界与宏观电子器件的关键桥梁，单分子导线需要在极小的尺度下实现高效、稳定的电荷传输。传统共轭分子往往因单键旋转，限制了其电导效率。针对这一挑战，李远明课题组提出了一种“梯型化”策略：通过C-H活化/环化反应，将两个二茂铁单元锁定在高度刚性的蒽稠合骨架中，合成了形似“书桌”（Desk）的梯型分子Deskarene（2Fc-syn）及其反式异构体2Fc-anti。这一结构不仅极大增强了分子骨架的平面性与电子离域，还有效抑制了末端锚定基团的自由旋转，为电荷输运提供了明确通路。

研究亮点主要体现在以下两个方面：

1.梯型结构显著增强电子耦合

实验结果表明，梯型分子2Fc-anti展现出典型的Class II混价行为。在以[ⁿBu₄N][PF₆]为电解质时，其两步氧化过程的电位差E°′ = 222 mV，平衡常数K_c达5.68 × 10³，远高于非梯型对照分子2Fc-nc（E°′ = 107 mV，K_c = 65）。这说明梯型骨架极大地促进了两个二茂铁中心间的电子耦合。

2.单分子导电率实现精准测量

利用扫描隧道显微镜裂结（STM-BJ）技术，研究团队成功测量了该梯型分子的单分子本征导电率。2Fc-mix（含anti/syn异构体混合物）在金电极间形成了稳定的分子结，其最可几电导率为10^-3.3 G₀。统计结长与理论计算的Fe-Fe距离高度吻合。而非梯型分子2Fc-nc在相同条件下未检测到明显的导电平台，直观证明了梯型结构对电荷输运能力的决定性提升。

该工作不仅深化了对梯型共轭分子结构与性能关系的理解，也为未来设计基于有机金属配合物的高稳定性、高导电性分子元件提供了新范式。此类分子在分子开关、分子电机及非线性光学材料等领域具有广阔的应用前景。

我院硕士研究生黄艳霞与李芫萍为文章的共同一作，中科院福建物构所张潜翀研究员与中南大学郭爱敏教授在理论计算与单分子测量方面给予了重要合作与指导。封面图片由化学学院23级本科生李珂斓和至诚学院22级本科生张岸璐绘制;动图由栾梦琪和周品提供。

论文信息：“Deskarene: Single-Molecule Conductance and Mixed-Valence Character of Diferrocene-Based Ladder-Type Conjugated Molecules”, Yanxia Huang, Yuanping Li, Na Huang, Biao Zheng, Yaofeng Yuan, Pei-Jia Hu, Ai-Min Guo, Qian-Chong Zhang, and Yuanming Li. Org. Lett. 2026, DOI: 10.1021/acs.orglett.5c05170.文章链接：https://doi.org/10.1021/acs.orglett.5c05170