有机分子的外表改性是一项入神的技能，能调整催化和材料科学的重要特性，例如催化反响或电子学的挑选性。由于有机分子在金属外表上的超分子拼装是由杂乱的分子间相互作用驱动的，准确操控该进程一般具有挑战性。

  N-杂环卡宾 (NHC) 是金属络合物和外表的既定配体，今天，国家纳米科学中心任金东研讨员和中国科学院物理研讨所高鸿钧院士、明斯特大学Frank Glorius院士、Harald Fuchs院士、Nikos L. Doltsinis教授、 Harry Mönig教授协作，逾越了单体NHC的范畴，报告了在金外表组成NHC聚合物的状况，该聚合物由与单个金原子结合的Ballbot型重复单元组成。他们在超高真空条件下规划、组成并在金外表堆积了含有不同卤素的前体。经过结合低温扫描隧道显微镜、非触摸原子力显微镜、X射线光电子能谱、第一性原理核算和反响力场模仿，对构象、电子和电荷传输特性进行了评价。经证明，NHC具有Ballbot型的性质，这解说了互不相容的NHC聚合物具有高外表流动性，而这正是它们完成理想空间摆放的先决条件。流动性与聚合速率之间的奇妙平衡使得操控聚合物方向性的基本信息参数得以得出。这些聚合物为纳米电子学、外表功用化和催化范畴带来了新的机会。相关研讨成果以题为“On-surface synthesis of ballbot-type N-heterocyclic carbene polymers”宣布在最新一期《Nature Chemistry》上。

  NHC润饰外表在催化和材料科学范畴的运用已有报导。具体的机制研讨提醒了各种结合形式以及一些NHC的高搬迁率的潜在解说：它们能（取决于氮原子的替代形式）从外表提取单个原子并显现出Ballbot型型（图1a）。多齿NHC配体在均相催化中的有利作用是众所周知的，而且它们在外表润饰方面的潜力最近已被证明（图1b）。作者觉得运用简略的NHCs9作为重复单元的聚合物将表现出史无前例的功用，一起为外表功用化拓荒新的途径（图1c）。接着，作者在超高真空(UHV)条件和高度界说的单晶金外表下，经过乌尔曼耦合完成了巩固、共价衔接的NHC聚合物的原位构成。他们挑选双卤代NHCsIPrI2和IPrBr2经过外表聚合组成线. 外表 NHC 的一般状况

  为了提醒IPrI 2单体的外表结合形式，作者进行了nc-AFM试验和DFT核算。

  （图2a-c）。DFT几许优化显现碳烯与金外表原子之间有很强的共价键，这种共价键可以很容易地从外表提取出来，构成所谓的Ballbot型物种（图2d）。剩下的空位由一个来自次相邻金层的原子从头填充。经过稳定高度nc-AFM可以调查到NHC-Au金原子复合物相关于底层金晶格的切当方位（图2a，b）。关于金原子占有面心立方（ccc）位点的Ballbot型复合物，根据DFT优化几许图形的模仿AFM图画（图2c）与试验调查成果十分符合（图2b）。

  图2d,e显现了在孤立的IPrI2单体和带有CO顶级的Au(111)外表上检测到的Δf(z)曲线K下表现出高搬迁率（图2g）。在扫描进程中，可以调查到单体的几回横向跳动运动（图2g中的白色箭头）。低至4.5K温度下的高搬迁率、nc-AFM试验中分子高度、对比度和侧向力的丈量都终究支撑了Ballbot型物种的理论猜测。图2f显现了Au(111)外表的大尺度STM图画，其间IPrI 2分子具有亚单层掩盖。确认了具有两种首要结构（α相和β相）的自拼装岛。图2h显现了α相的稳定高度nc-AFM图画，显现了a=1.30±0.02 nm的持平距离。因而，图2i显现了β相的数据，其间所示晶胞由b=1.20±0.02 nm和c=1.50±0.03 nm给出。图 2. IPrI 2 在 Au(111) 上的自拼装

  进一步，作者发现了涣散的长链，它们遭到Au(111)基底的人字形重建的横向约束（图3a，b）。图3c显现了从图3b中的白色方块区域取得的分辨率进步的nc-AFM图画。不同的重复单元在1.25±0.05 nm的距离处线性摆放，这与DFT优化的1.19±0.01 nm的距离（图3f）和经过ReaxFF核算聚合物几许优化的1.20±0.01 nm十分符合。图3d标明系统有两种化学性质不同的碘成分。分辨率更高的nc-AFM图画（图3e）进一步表征了新构成的聚合物的构象。图2与图3明晰地提醒了共价衔接的NHC聚合物的原位构成。

  涣散的二聚体集合并在外表上发生更长的直链（图4b）。事实上，这种室温聚合途径标明NHC二聚体或链在外表上具有高搬迁率

  图 4. 从 IPrI 2 分子取得的聚合物及其在 Au(100) 上的搬迁率和取向作者还组成了IPrBr 2，以有用调整NHC聚合物的方向。图5a显现了掩盖有IPrBr2亚单层的Au(100)外表的STM描摹。

  ，它们是IPrI2基聚合物的三个NN优选方向之一（图4）。但是，在比较来说较低的退火温度下，IPrBr2单体的高搬迁率促进了分子搬迁并摆放短的中心聚合物单元，图5的成果直接证明了温控聚合物摆放

  Au(100)上的初始二聚体和随后的Ballbot型聚合物依照对称性规则沿三个方向以60°距离摆放。对这些方向上聚合物丰度和长度的统计分析提醒了沿[011]的优先取向，这与理论上的最低能量猜测十分符合。作者标明，聚合物取向可以终究靠前体的流动性和反响性来操控