六、分子导线
定义：能在远端（终端）基团之间进行一个电子（空穴）交换，并能与外 部交换电子的一维分子。能够传输信号、信息等。 条件： （1）导电； （2）有一定长度；
（3）含有能够连接到系统单元的连接点；
（4）允许在其端点进行氧化还原反应； （5）与周围绝缘以阻止电子的任意传输。 优点： （1）传输更大的电流； （2）可以利用相同的基本物理过程作为标准的硅微电子元件； （3）作为微晶体管，能作为互连器和元件，具有双重作用； （4）可连接分子器件。
J. Am. Chem. SOC. 1991, 113, 5131-5133
分子梭
分子梭
识别点： 二烷基胺 4,4’-联吡啶 二苯并[24]冠-8
酸、碱可控的分子梭
分子梭
光驱动的分子梭
分子梭
轮烷36+在光驱动下作为分子梭的工作示意图
三、分子转子
张力驱动 顺时针旋转180C 在分子上引入官能团，利用官能团相互作用产生的化学键推动分子转动
研究目标
（1）功能材料、元件、器件模型的基础研究； （2）研制分子计算机系统和分子机器。
一、分子开关（Molecular Switch）
双稳态 二进制
stimuli
On
Off
Stimuli: 化学、光、电、磁 等
旋转 red yellow
J. AM. CHEM. SOC. 2009, 131, 15018–15025
优点
（1）分子结构具有多样性和可剪裁性，易于实现分子间的连接，特别是可以用外加信号 控制和改变这种连接，即网络特征，而这正是现有集成芯片的不足之处； （2）采用分子组装技术可以克服现有加工工艺中存在的亚微米障碍，极限情况下可以得 到单分子或原子器件； （3）分子电子器件易于与传感器件或生物体兼容，为仿生信息系统的研制提供了可能。
分子电子器件
电子技术发展的五个阶段：
电子管、晶体管、集成电路、大规模集成电路、超大规模集成电路 指甲大小芯片上制成几百万个元件
摩尔定律：
每隔三个月，三极管尺寸约缩小1/2。 （ 0.18mm ）
极限：不太可能使金属导线小到0.1mm以下和在1mm2的硅片上制作25万个门电路。
提高集成度、缩小体积、增加功能 在分子水平上模拟生物过程来制造电子器件 （第六代计算机）
定义
应用具有一定结构的分子（包括生物分子）在分子或超分子尺度范围内构筑有序体系， 通过分子层次上的物理或化学作用完成信息的检测、处理、传输和存功能的器件。
游效曾，《分子材料——光电功能化合物》
分子电子器件
条件
（1）元件分子含有光、电或离子活性功能基； （2）能按特定需要组装成组件，大量组件的有序排列能形成更大的器件； （3）分子器件输出的信号易于检测。
分子开关
Complexation of Triptycene-Based Cylindrical Macrotricyclic Polyether toward Diquaternary Salts: Ion-Controlled Binding and Release of the Guests
分子开关
1. 异构体互变与配位变化的分子开关
光 配位作用
螺吡喃类化合物分子开关
分子开关
2. 氧化还原实现的开关作用
sp3
sp3d Cu(I)索烃配合物的开关作用 In the rotaxanes, a ring is translated along a rodlike component on which it is threaded
分子齿轮
盘状 晶体
Complexation of disks into superstructures using silver ions.
分子齿轮
Molecular carousel formed by the quantitative self-assembly of two polythiazolylbenzene disks with three silver ions.
Figure 6. (Left) Electron density map of the pure red monomer phase and (right) electron density map of the pure yellow dimer phase as revealed by photocrystallographic techniques. Besides the flipping of the phenyl residues toward the cyclobutyl ring during the addition reaction, the cycloaddition reaction also causes a rotation of the TFMS anion. It should be noted that, already in the monomer phase, the R-stypy(TFMS) molecules stack nearly perfectly on top of each other, forming a quasi-π-complexlike structure.
四、分子电梯
分子的不同状态通过外部的刺激（pH）导通
五、分子齿轮
分子锥齿轮
乙基构象 上下交替 Metallocenes are perhaps the simplest type of molecular carousel. 三角架的旋转并不与苯环的旋转齿合，不是真正的锥齿轮。
Chem. Rev. 2005, 105, 1281-1376
An ideal electrical wire needs not only good conductivity for its central conductor but also a surrounding insulating layer to protect its current from leaking. We show that the extended metal-atom chain is a promising candidate to be the smallest molecular electrical wire for future practical applications. The electron can move through core metals, while the internal current is insulated from outside by the surrounding π-conjugated functional group.
J. Phys. Chem. C 2010, 114, 3641–3644
分子导线
[Ru3(m3-dpa)4(NCS)2]
Chem. Commun., 2010, 46, 1338–1340
分子导线
金属串配合物的轴向扩展和一维延伸
[Ni3(dpa)4][Ag(CN)2]2
分子导线
[Ni5(tpda)4][Cp(dppe)Fe(CN)]2
分子导线
金属卟啉-金属串配合物
分子导线
[Ni3(dpa)4(4-PyCOO)2][ZnTPP]2
分子导线
共轭有机配体桥联的混合价金属配合物 Mixed-valence metal complexes bridged by conjugated organic ligands and capped with redox-active organometallic termini allow facile intramolecular electron transfer to occur along the molecular backbone.
六、分子导线
有机分子导线（具有大p共轭体系的有机分子长链）
有争议？
基于生物分子的导线
分子导线
金属分子导线
分子导线
Shie-Ming Peng
萘烧法
Chem. Commun., 2009, 4323–4331
分子导线
分子导线
分子导线
分子导线
分子导线
分子导线
分子导线
Smallest Electrical Wire Based on Extended Metal-Atom Chains
Electrochemical measurements and spectroscopic studies in the nearinfrared region are commonly employed to evaluate the capability of electronic interaction between remote electro-active organometallic groups and to access a series of decisive information on the metalmetal charge-transfer process in the mixed-valence compounds with extended ð-delocalization.
分子导线
挑战：分子器件的互联和整合？
分子齿轮
类似于锥齿轮的配合物
金属配位减低能垒的体系
环的无阻碍旋转 导致C2v对称性 类似于螺旋系统的配合物
NMR和X衍射显 示三个萘环无序
分子齿轮
Porphyrins will form 2:1 complexes with larger metal ions wherein the metal lies between two porphyrin rings to form a carousel structure