同分异构现象广泛存在于自然界。有机化学中，同分异构体是指具有相同的分子式，但结构不同的化合物。部分有机同分异构体结构差异很小，但是性质差异很大。因此，识别和鉴定同分异构体对于基础研究和实际应用具有非常重要的意义。利用同分异构体电子输运性质的细微差别，有可能实现单分子尺度识别。近年来，科学家已经探索了基于单分子电学测量技术的糖类、DNA、氨基酸和多肽异构体识别。但是，现有已报道的测试技术和分析方法较为复杂。
图一、使用机械可控断裂节技术识别同分异构体
最近，兰州大学杰出青年基金获得者张浩力教授和厦门大学青年千人洪文晶教授合作，报道了利用机械可控断裂结技术（Mechanically-Controlled Break Junction, MCBJ）实现单分子尺度上识别有机小分子异构体。该工作突出的特点是利用直接的电导测量方法，实现小分子异构体单分子尺度上的识别以及量子干涉效应的可逆性调控。
该工作所研究的两个异构体分子具有相同的分子长度，非常相似的核心结构，仅仅烷基的取代位置不同（如图一所示）。因此，正常条件下，两个异构体分子具有相似单分子电导性质。但是，其中一个分子SPPO可以在酸性条件下发生质子化，并且伴随着分子电导发生数量级的变化，使得两个异构体分子之间的电导差异显著增大。
理论研究表明，引起该分子的电导发生可逆酸/碱响应的原因是由于分子结中电输运出现相消量子干涉现象。量子干涉概念最早用来描述光子或电子的干涉现象。在单分子电子学领域中，量子干涉是指在单分子结中电子通过分子轨道输运时的干涉效应。目前，利用量子干涉效应来调控分子器件电输运性质是分子电子学研究中最前沿的领域之一。利用量子干涉效应可以用来构建分子开关、晶体管以及热电器件，而应用量子干涉现象来识别同分异构体从未被报道过。
这个工作为实现同分异构体的单分子尺度识别和构建分子器件提供了新的思路。
这一成果近期发表在J. Am. Chem. Soc. 上。文章的共同第一作者是兰州大学博士研究生张玉鹏和陈力川，上述研究得到了国家重点研发计划及国家自然科学基金的资助。
该论文作者为：Yu-Peng Zhang, Li-Chuan Chen, Ze-Qi Zhang, Jing-Jing Cao, Chun Tang, Junyang Liu, Lin-Lin Duan, Yong Huo, Xiangfeng Shao, Wenjing Hong, and Hao-Li Zhang
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Distinguishing Diketopyrrolopyrrole Isomers in Single-Molecule Junctions via Reversible Stimuli-Responsive Quantum Interference
J. Am. Chem. Soc., 2018, DOI: 10.1021/jacs.8b02825
张浩力教授简介
张浩力，1994年于兰州大学化学系有机化学专业获得学士学位，1999年经兰州大学化学系与北京大学化学与分子工程学院联合培养获得理学博士学位，1999年和2002年先后在英国利兹大学与牛津大学从事博士后研究，2004年6月被兰州大学聘为教授，现任功能有机分子化学国家重点实验室副主任，化学化工学院副院长。
张浩力教授主要从事新型有机半导体材料和有机固态发光材料的设计与合成工作。在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.和Adv. Funct.Mater.等学术杂志上发表SCI论文200余篇，论文引用超过4000次，H因子37。先后有2篇论文入选“中国百篇最具影响国际学术论文”，多篇论文被国际学术刊物与网站作为研究亮点报道。
张浩力曾荣获亚洲化学会“Asian Rising Stars”、“甘肃省自然科学一等奖”、“中国侨界(创新人才)贡献奖”等奖项。2015年获自然科学基金委杰出青年基金资助，2016年入选科技部科技创新人才推进计划，2018年入选“万人计划”科技创新领军人才。现为英国皇家化学会会士（FRSC）、中国化学会纳米化学专业委员会副秘书长、甘肃省化学会青年化学工作委员会副主任委员、西北五省电镜学会理事，Chem. Soc. Rev.、《中国化学快报》、《物理化学》编委，美国阿拉巴马大学兼职教授，享受国务院政府特殊津贴。
http://www.x-mol.com/university/faculty/11191
洪文晶教授简介
洪文晶，国家青年千人、优青，福建省闽江学者特聘教授，厦门大学化学化工学院教授，化学工程研究所所长；2007年和2009年分别于厦门大学和清华大学取得本科及硕士学位，2013年于瑞士伯尔尼大学获得博士学位，2014年至2015年在瑞士伯尔尼大学担任研究组长，2015年11月起在厦门大学化学化工学院全职工作。洪文晶致力于单分子器件和单分子尺度的催化和组装研究以及精密科学仪器、先进控制系统和人工智能研发。自2008年以来，在Nat. Commun.（3篇，通讯）、J. Am. Chem. Soc.或Angew. Chem. Int. Ed.（18篇，10篇通讯，2篇一作）等国际顶级期刊发表论文50余篇，并应邀作为通讯作者在Chem. Soc. Rev. 等期刊上发表综述4篇。
洪文晶
http://www.x-mol.com/university/faculty/45854
课题组链接
http://pilab.xmu.edu.cn
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