多金属含氧酸盐是一种纳米电子元件，具有结构多功能性和丰富的电化学特性，但是很多方面仍未被探索。本文将单个簇状焊料化学焊接到两个纳米电极上获得三态晶体管，为此类化合物在电子学中的进一步应用铺平了道路。
近日，英国利物浦大学的研究者合成了一个吡啶覆盖的Anderson-Evans的多金属含氧酸盐，并用它来制造单分子结，使用该有机末端将单个簇状焊料化学焊接到两个纳米电极上。在电化学环境中操作该设备，通过探测不同氧化态多金属含氧酸盐的电荷传输，验证了其是一个有效的三态晶体管。相关论文以题为“A chemically soldered polyoxometalate single‐molecule transistor”于04月09日发表在Angewandte Chemie InternationalEdition上。
论文链接：
https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202002174
分子组装，甚至单个分子，在未来可能为传统的纳米电子和纳米制造提供新的方法，并通过自底向上的自组装方法和微型化来提高可伸缩性。自20世纪90年代末的首次开创性研究以来，已经证明了单分子器件具有半导体二极管、电阻、开关和晶体管等行为，用于制造连接分子的化学复杂性也迅速增加。
多金属含氧酸盐(POMs)是一类具有良好稳定性和丰富电化学性质的聚类化合物。相对较高氧化态的多金属中心通过μ2-氧负离子配体连接在一起，使得它们在环境空气和溶液中不易分解，从而在多种氧化还原状态下保持稳定。近年来，人们致力于有机高分子的功能化，赋予其生物相容性和发光等特性，并为配位聚合物和三维框架的合成提供额外的金属结合位点。
然而，在分子电子学中也可以利用金属末端作为电极锚定基团，以确保清晰的结形成，并在分子和源极/漏极之间提供强大的机械稳定性和高电子耦合。但有关多金属含氧酸盐的分子电子元件研究，还局限于一些小众研究，主要是关于它们作为纳米整体(即单层或薄膜)或固定在金属表面的行为。
此文中，研究者将重点放在使用吡啶基配体功能化的Anderson-Evans簇(图1a和1b)的合成上，即1，(NC5H4)-C-(CH2O)3≡[MnMo6O18]≡(OCH2)3-C-(C5H4N)，然后将其作为分子线用于制作化学焊接的单-多金属含氧金属结。该研究中MnMo6O24氧化物簇芯的顶部有两个4-吡啶基团，它们可作为电极的接触点，允许制造单-POM结。在电化学控制下，该结表现出明显的OFF-ON-OFF行为，两个相邻电荷态之间的电导差异超过一个数量级。类似晶体管的行为源于POM处于三种不同的电荷状态(-2、-3和-4)，这取决于施加的电化学电势，而在电导与电势图中可进一步看到一个清晰的静电门控。结果可以在非共振隧穿的框架内建模，而电荷态的隧穿概率取决于分子导线的电荷态。
图1 相关实验细节
图2单分子1电化学门控实验
图3 高斯拟合和能斯特模型
图4 两端电压调制实验
该文中所制得的结，即使在高偏置电压的情况下，也很坚固，进一步展示了POM在分子电子学领域的应用前景。由于其多重电荷/氧化态和高稳定性，该研究结果为此类化合物在电子学中的进一步应用铺平了道路。（文：水生）
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