多金屬含氧酸鹽是一種納米電子元件，具有結構多功能性和豐富的電化學特性，但是很多方面仍未被探索。本文將單個簇狀焊料化學焊接到兩個納米電極上獲得三態晶體管，為此類化合物在電子學中的進一步應用鋪平了道路。
近日，英國利物浦大學的研究者合成了一個吡啶覆蓋的Anderson-Evans的多金屬含氧酸鹽，並用它來製造單分子結，使用該有機末端將單個簇狀焊料化學焊接到兩個納米電極上。在電化學環境中操作該設備，通過探測不同氧化態多金屬含氧酸鹽的電荷傳輸，驗證了其是一個有效的三態晶體管。相關論文以題為“A chemically soldered polyoxometalate single‐molecule transistor”於04月09日發表在Angewandte Chemie InternationalEdition上。
論文鏈接：
https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202002174
分子組裝，甚至單個分子，在未來可能為傳統的納米電子和納米制造提供新的方法，並通過自底向上的自組裝方法和微型化來提高可伸縮性。自20世紀90年代末的首次開創性研究以來，已經證明了單分子器件具有半導體二極管、電阻、開關和晶體管等行為，用於製造連接分子的化學複雜性也迅速增加。
多金屬含氧酸鹽(POMs)是一類具有良好穩定性和豐富電化學性質的聚類化合物。相對較高氧化態的多金屬中心通過μ2-氧負離子配體連接在一起，使得它們在環境空氣和溶液中不易分解，從而在多種氧化還原狀態下保持穩定。近年來，人們致力於有機高分子的功能化，賦予其生物相容性和發光等特性，併為配位聚合物和三維框架的合成提供額外的金屬結合位點。
然而，在分子電子學中也可以利用金屬末端作為電極錨定基團，以確保清晰的結形成，並在分子和源極/漏極之間提供強大的機械穩定性和高電子耦合。但有關多金屬含氧酸鹽的分子電子元件研究，還侷限於一些小眾研究，主要是關於它們作為納米整體(即單層或薄膜)或固定在金屬表面的行為。
此文中，研究者將重點放在使用吡啶基配體功能化的Anderson-Evans簇(圖1a和1b)的合成上，即1，(NC5H4)-C-(CH2O)3≡[MnMo6O18]≡(OCH2)3-C-(C5H4N)，然後將其作為分子線用於製作化學焊接的單-多金屬含氧金屬結。該研究中MnMo6O24氧化物簇芯的頂部有兩個4-吡啶基團，它們可作為電極的接觸點，允許製造單-POM結。在電化學控制下，該結表現出明顯的OFF-ON-OFF行為，兩個相鄰電荷態之間的電導差異超過一個數量級。類似晶體管的行為源於POM處於三種不同的電荷狀態(-2、-3和-4)，這取決於施加的電化學電勢，而在電導與電勢圖中可進一步看到一個清晰的靜電門控。結果可以在非共振隧穿的框架內建模，而電荷態的隧穿概率取決於分子導線的電荷態。
圖1 相關實驗細節
圖2單分子1電化學門控實驗
圖3 高斯擬合和能斯特模型
圖4 兩端電壓調製實驗
該文中所製得的結，即使在高偏置電壓的情況下，也很堅固，進一步展示了POM在分子電子學領域的應用前景。由於其多重電荷/氧化態和高穩定性，該研究結果為此類化合物在電子學中的進一步應用鋪平了道路。（文：水生）
本文來自微信公眾號“材料科學與工程”。歡迎轉載請聯繫，未經許可謝絕轉載至其他網站。
