单块集成分子器件中由电荷传输测量得到的重组能

分子间电荷转移反应是物理化学中的关键过程。电子转移速率取决于少数系统参数，如温度、电磁场、吸附物之间的距离，尤其是分子重组能。这一微观量是当电荷转移时重新排列每个单分子及其周围环境的能量代价。重组能可通过电化学和光谱技术以及使用原子力显微镜方法在单分子极限下进行测量，但无法通过依赖温度的电荷传输测量，也无法在单块集成的分子器件中测量。如今，自卷绕纳米膜（rNM）器件具有应变工程力学特性、片上单块集成且可在不同环境中操作，克服了这些挑战。在此，我们研究了在单块集成纳米电容器中用作电极间隔层的约 6 nm 厚铜酞菁（CuPc）薄膜内发生的电荷转移反应。采用 rNM 技术使我们能够测量分子在不同电场下电荷传输对温度的依赖性。由此，CuPc 的重组能被确定为 (930 $\pm$ 40) meV，而密度泛函理论（DFT）计算以 CuPc 电荷转移反应的原子级图像支持了我们的发现。我们的方法提出了一条利用电流-电压光谱表征电子转移反应的一致途径，并深入揭示了分子重组能在电化学纳米器件中的作用。