共轭体系电子输运规律与其在能源材料设计中的应用

The rapid development of molecular electronics and reach on the fabrication of molecular electronic devices has brought a new dawn to information technology and sensor technology. Based on a long time of research on molecular electron transfer and nano-electrodes, we propose a method combining theoretical modeling and experiment to further study the interfacial electron transfer phenomena. We will use the first principle and non-equilibrium Green function method to simulate the asymmetric electron transfer, and explore the new principles of molecular rectification. What's more, the research system should be expanded to larger conjugated systems like graphenes. And all these reaches will provide both experimental and theoretical guide for the design of new energy materials.

分子电子学和分子电子器件制备研究的迅猛发展给信息技术和传感技术带来了新的曙光。基于在分子电子传递和纳米电极方面的研究积累，我们提出了用理论模拟与实验相结合的方法，进一步研究界面电子传递现象。利用第一性原理结合非平衡态格林函数方法，模拟不对称电子传递，探索分子整流新原理；将研究体系向石墨烯等大的共轭体系拓展，研究石墨烯的取代、参杂和吸附对其输运行为的影响；结合理论研究的经验，设计和优化石墨烯-金属氧化物复合材料并开展相应的电化学研究。

近年来，大共轭体系，特别是石墨烯等二维材料的电子传递规律得到了广泛的研究。我们以往的研究工作证明，在共轭体系当中，电子传递会沿着特定的路径进行。在本基金的支持下，我们就大共轭体系开展了广泛深入的研究，逐步揭示了共轭体系内电子传递的路径问题，同时探讨了该模型在能源材料和分子传感等方面的应用。具体的研究包括以下主要内容：一、共轭有机分子体系的电子输运规律；二、共轭有机分子的整流行为与分子开关；三、理论模拟与实验相结合研究金属纳米材料电极在应用中所表现的机械化学性质和电学性质；四、大共轭体系的电子输运行为及其在能源材料和电分析化学中的应用；五、能源材料中的离子扩散。本基金的支持下，通过开展系列研究工作我们发表了四十余篇论文，申请了1项软件著作权。上述几个方面的研究工作均取得了较为显著的进展，为分子电子学、电极界面电子传递、分子传感、以及能源材料的设计等领域打下基础。