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为探究分子在表面的吸附与转化规律，推动纳米制造等领域发展，研究人员对二茂镍（NiCp2 ）在 Au (111) 表面的行为展开研究。发现低温时NiCp2 有序吸附，升温后解离成 NiCp 和 Cp，且 NiCp 自组装成一维链和三角结构。该成果为表面介导分子转化提供了新视角。
在纳米科技蓬勃发展的当下，精准操控分子在表面的吸附与转化，成为解锁纳米级制造、催化以及量子材料工程新成就的关键 “密码”。过渡金属茂金属，比如二茂镍（
NiCp2 ），凭借其独特且明确的电子和磁性特质，吸引着科研人员的目光，成为在原子尺度钻研表面相互作用的理想 “试验田”。然而，此前对于
NiCp2 在金属表面的分解过程，尤其是单分子层面的研究，还存在诸多空白，这就像在黑暗中摸索，亟需一道光来照亮前行的道路。为了填补这些知识空白，来自西班牙的 Centro de Física de Materiales CFM/MPC（CSIC - UPV/EHU）、Donostia International Physics Center（DIPC）等研究机构的研究人员 Divya Jyoti、Alex Fétida 等人，踏上了探索之旅，他们的研究成果发表在《Communications Chemistry》上。
研究人员主要运用了扫描隧道显微镜（STM）和密度泛函理论（DFT）计算这两种关键技术方法。他们先将NiCp2 沉积在不同温度的 Au (111) 表面，再用低温 STM 对产生的碎片成像；通过扫描隧道谱（STS）和功能化 STM 针尖，结合 DFT 计算，鉴定解离碎片，表征纳米结构，揭示吸附物与基底的相互作用。
研究结果如下：
- NiCp2分子在 Au (111) 表面的吸附：当样品温度维持在 100K 以下时，计算显示NiCp2 在 Au (111) 表面的吸附构型呈现出特定模式，一个 Cp 环朝向表面。4.2K 下的恒流 STM 图像显示，NiCp2 分子呈环状，且优先吸附在鱼骨状肘部和台阶边缘，形成有序排列的小岛。而在室温下，NiCp2 分子会发生解离。77K 和 4.2K 的恒流 STM 图像揭示出两种碎片：A 型碎片呈波纹环状，能以一维方式排列形成三角结构；B 型碎片在 77K 时图像嘈杂，4.2K 时则形成规则小岛。
- 碎片的鉴定：通过 DFT 计算、STS 和功能化针尖实验，研究人员确定 A 型碎片为 NiCp 分子，B 型碎片为 Cp 环。DFT 计算表明，NiCp 吸附在 Au (111) 表面 FCC 空心位点，化学吸附能为EB=4.100eV ，且失去自旋极化；Cp 环吸附能为EB=1.772eV ，因其自由基性质与表面有较强相互作用。STS 谱显示，NiCp2 有磁激发，而 NiCp 碎片无，与 DFT 计算结果相符。功能化针尖实验进一步证实了碎片的成分。
- 碎片的二聚体：STM 图像显示，A 型碎片可形成沿?112? 和?110? 方向的二聚体，B 型碎片则不形成二聚体。DFT 计算表明，?112? 方向的二聚体形成是由于 Ni 原子占据 FCC 空心位点，氢原子间的空间排斥使分子倾斜；?110? 方向的二聚体需要引入金原子来稳定，其结合能更稳定。
- 碎片的链状结构：A 型碎片沿?112? 方向形成链状结构，这主要是由 Ni 与基底的相互作用驱动，而沿?110? 方向形成链状结构需要额外的金原子，实验条件下金原子稀缺限制了该方向链的形成。DFT 计算显示，最低能量的链构型呈现特定模式，且计算得到的波纹和周期性与实验观察相符。
在结论与讨论部分，研究人员总结了NiCp2 在不同温度下于 Au (111) 表面的吸附和解离情况，明确了两种主要碎片类型及其性质，以及它们形成的二聚体和链状结构的特点。该研究不仅揭示了热诱导NiCp2 在 Au (111) 表面的碎片化和一维链组装现象，还展示了基底效应和热处理对纳米结构形成的影响，为表面介导的分子转化提供了重要见解，也为基于茂金属通过表面合成构建复杂纳米结构开辟了新途径。未来，研究人员计划在不淬灭碎片磁矩的基底上实现这些一维链，有望推动低维磁系统的研究，在分子自旋电子学、量子计算等前沿领域展现出巨大的应用潜力。
