陈洪亮课题组Trends in Chemistry：π–π堆积二聚体推动超分子电子学新突破

陈洪亮课题组在《Trends in Chemistry》发表综述文章

近日，课题组张雅萱（22级博士）、张雅琦（25级博士）、王冷（博士后）在国际化学领域期刊Trends in Chemistry上发表了题为"π-π stacked supramolecular dimers in molecular electronics"的综述文章。文章系统总结了近期π-π堆积二聚体在超分子电子学领域的前沿进展，揭示了非共价相互作用调控量子传输的分子机制，并展望了其在纳米电子器件中的应用潜力。

图1. π-π堆积二聚体研究历史

从共价键到非共价相互作用

传统分子电子学聚焦于共价键分子结构的电荷传输特性，而近年来，以π-π相互作用为代表的非共价作用因其动态可调和机械适应性受到广泛关注。

π-π堆积超分子二聚体能够通过亚纳米级精度的机械调控实现量子干涉效应的动态操纵，从而设计多功能可编程器件，如超分子开关、非易失性存储器、量子干涉二极管等。这一突破为突破传统冯·诺依曼架构、开发自适应纳米电路提供了新思路。

研究方法与技术突破

研究团队梳理了π-π堆叠超分子结形成的三种模型，并总结了一系列先进表征技术：

• 结合机器学习聚类分析：实现对单体与二聚体电导特征的精准区分

• 表面增强拉曼光谱（SERS）：提供分子结构变化的实时监测

• 噪声功率分析：揭示电荷传输的微观机制

通过多尺度实验与理论模拟，研究团队阐明了π-π堆叠体系中量子干涉效应的动态调控机制，为开发高性能分子电子器件提供了关键设计原则，同时架起了超分子化学与量子物理的交叉桥梁。

图2. 构建π-π堆积二聚体超分子器件的几种方式

研究团队通过系统分析指出，π-π堆积超分子二聚体为分子电子学提供了新的设计范式。与传统的共价键体系相比，非共价相互作用体系具有以下独特优势：

• 动态可调性：可通过外部刺激实现构象和功能的可逆调控

• 机械适应性：能够适应纳米尺度下的力学环境变化

• 自修复能力：非共价相互作用可自发形成和重组

• 多功能集成：单个器件可实现开关、存储和传感等多种功能

这篇综述不仅为分子尺度非共价相互作用的研究提供了理论框架，也为下一代自适应电子器件的设计指明了方向，有望在以下领域产生深远影响：

• 纳米计算：开发基于量子干涉的新型计算单元

• 生物传感：构建高灵敏度、高选择性的分子传感器

• 能源领域：设计高效的能量转换和存储器件

• 柔性电子：开发可穿戴和可植入的电子设备

通讯作者：浙江大学陈洪亮研究员，中国农业大学张成副教授，浙江大学化学系博士后王冷博士

共同第一作者：张雅琦，张雅萱

资助信息：研究得到了国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费专项资金、浙江省自然科学基金等项目的资助，得到浙江大学、浙江大学化学系、浙江大学有机与药物化学研究所的大力支持。