单分子器件不仅满足了器件微型化和功能化的技术需求,还为从分子尺度上探索机制提供了重要工具。离子液体是一种由阳离子和阴离子组成的盐类物质,它们在室温下呈液态。离子液体具有出色的离子传输能力、宽的电化学窗口、可调性以及低挥发性,这使其在单分子器件中调控电荷传输、氧化还原反应以及单分子结行为具有独特优势。目前,离子液体已用作单分子器件的电解质、介电层和结构组分被广泛研究。基于离子液体的单分子器件也成为纳米科学、材料化学和电子学交叉领域的前沿研究领域,对相关机制和应用的深入理解不仅促进了分子电子学的发展,还为新型高性能纳米器件的开发提供了重要支持。
离子液体优异的性质使其在构建高性能单分子功能器件中具有重要作用。目前,单分子器件的构建方法主要分为静态和动态两类。
静态方法通过电压或虚线刻蚀技术来创建具有固定间隙的纳米电极,而动态方法则允许电极之间的距离动态变化,包括扫描隧道显微镜断裂结技术和机械可控断裂结技术等。
在选择离子液体时,需要充分了解其物理性质以及在单分子器件中的作用机制,如双电层结构、电化学窗口和热分解温度等特性。离子液体的电双层结构与电极电位密切相关。
当电极表面电位较低时,离子液体主要在电极表面附近形成电双层结构,而在较高电位下,离子液体中的离子需要在界面积累以屏蔽高表面电荷。目前,常用的离子液体类型包括季铵盐和咪唑基离子液体。基于离子液体的单分子器件可以包括双电极、三电极和四电极体系。