走向精准合成的表面在位化学

迟力峰

苏州大学功能纳米与软物质研究院，苏州工业园区仁爱路199号，215123

Email: chilf@suda.edu.cn

 

表面在位化学（on-surface chemistry）是近十年来发展起来的新型精准化学合成方法。它通过激活前驱体分子在表面完成分子的活化、迁移以及偶联，制备传统合成法难以获得的功能分子及聚合物。其优势在于产物结构的精准调控可以通过前驱体分子结构设计、与衬底晶格的相互作用、分子预组装、单分子操控等多种方法来实现。已经报道的代表性产物包括结构可调的石墨烯纳米带、聚合多烯、石墨炔纳米线以及金属有机杂化物等等。我们运用扫描隧道显微镜、非接触式原子力显微镜、扫描隧道谱、单分子操控等方面的实验手段，着重研究了功能性有机分子及聚合物的表面脱卤自由基偶联反应、脂肪烃的表面脱氢反应、以及开发产物的现场原位性质表征手段等。表面在位化学的发展为设计和拓展新型分子材料的原子级精准制备与性质表征提供了新思路和新途径。

 

关键词：表面在位化学；非接触式原子力显微术；扫描隧道显微术；单分子操控

 

参考文献

[1] Li, X.; Niu, K.; Duan, S.; Tang, Y.; Hao, Z.; Xu, Z.; Ge, H.; Rosen, J.; Bjork, J.; Zhang, H.; Xu, X.; Chi, L. J. Am. Chem. Soc. 2023, 145: 4545.

[2] Zhong Q.; Niu, K.; Chen, L.; Zhang H.; Ebeling, D.; Bjork, J.; Mullen, K.; Schirmeisen, A.; Chi, L.; J. Am. Chem. Soc. 2022, 144: 8214.

[3] Li, X.; Niu, K.; Zhang, J.; Yu, X.; Zhang, H.; Wang, Y.; Guo, Q.; Wang, P.; Li, F.; Hao, Z.; Xu, C.; Tang, Y.; Xu, Z.; Lu, S.; Liu, P.; Xue, G.; Wei, Y.; Chi, L.; Natl. Sci. Rev. 2021, 8(10): Nwab093.

 

 

On-Surface Chemistry: Towards Precise Synthesis

Lifeng Chi

Institute of Functional Nano&Soft Materials (FUNSOM), Soochow University, 199 Ren’ai Road, Suzhou, Jiangsu 215123 

 

 

On-surface chemistry is a new precise synthesis method that has developed in the past decade. The on-surface reactions occur on single-crystal surfaces by activating precursor molecules to promote their subsequent migration and coupling, aiming at preparing functional molecules and polymers that can hardly be prepared via traditional solution chemistry. Atomic precision is achievable by designing the chemical structure of precursor molecules, tuning the interactions between adsorbate and substrate, forming pre-assembled molecular patterning, and single-molecule manipulation. Representative achievements include the synthesis of structural-adjustable graphene nanoribbons, linear polyenes, graphdiyne nanowires, and metal-organic hybrids. In this report, I will summarize the past works in this field by focusing on the synthesis of functional molecules and polymers through the dehalogenation or dehydrogenation of precursors. The characterization tools mainly used include scanning tunneling microscopy, non-contact atomic force microscopy, scanning tunneling spectroscopy, and single-molecule manipulation. The development of on-surface chemistry provides new strategies and approaches for designing and expanding atomic-level precise preparation and property characterization of new molecular materials.

 

Keywords: On-surface chemistry; non-contact atomic force microscopy; scanning tunneling microscopy; single-molecule manipulation  

 

References:

[1] Li, X.; Niu, K.; Duan, S.; Tang, Y.; Hao, Z.; Xu, Z.; Ge, H.; Rosen, J.; Bjork, J.; Zhang, H.; Xu, X.; Chi, L. J. Am. Chem. Soc. 2023, 145: 4545.

[2] Zhong Q.; Niu, K.; Chen, L.; Zhang H.; Ebeling, D.; Bjork, J.; Mullen, K.; Schirmeisen, A.; Chi, L.; J. Am. Chem. Soc. 2022, 144: 8214.

[3] Li, X.; Niu, K.; Zhang, J.; Yu, X.; Zhang, H.; Wang, Y.; Guo, Q.; Wang, P.; Li, F.; Hao, Z.; Xu, C.; Tang, Y.; Xu, Z.; Lu, S.; Liu, P.; Xue, G.; Wei, Y.; Chi, L.; Natl. Sci. Rev. 2021, 8(10): Nwab093.

 

迟力峰，苏州大学功能纳米与软物质研究院教授。1982年、1985年于吉林大学分别获学士和硕士学位，1989年在德国哥廷根大学获博士学位。她长期在物理化学领域从事表界面分子组装及表面在位反应研究，在包括《Science》、《Nature》等高水平杂志上发表论文近500篇。提出了表面晶格调控的分子组装反应方法，从单键层次获得了表面对分子选择性活化的新认知，取得了系统性创新成果。先后荣获美国ACS Nano Lectureship奖（2016）和IUPAC化学化工杰出女性奖（2017）。担任《ACS Nano》和《高等学校化学学报》副主编，中国化学会第三十一届理事会常务理事、女化学工作者委员会副主任等学术职务。2020年入选欧洲科学院外籍院士， 2021年当选中国科学院院士。2020年当选为中国化学会会士。