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Xie Y, Wang CY, Chen N, Cao Z, Wu G, Yin B, Li Y. Supramolecular Memristor Based on Bistable [2]Catenanes: Toward High-Density and Non-Volatile Memory Devices. Angew Chem Int Ed Engl 2023; 62:e202309605. [PMID: 37651501 DOI: 10.1002/anie.202309605] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [Grants] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 07/07/2023] [Revised: 08/31/2023] [Accepted: 08/31/2023] [Indexed: 09/01/2023]
Abstract
The ever-increasing demand for data storage and neuromorphic computing calls for innovative, high-density solutions, such as resistive random-access memory (RRAM). However, the integration of resistive switching and rectification at the nanoscale remains a formidable challenge. In this study, we introduce a bistable [2]catenane-based supramolecular junction that simultaneously functions as a resistive switch and a diode. All supramolecular junctions are highly stable and reproducible over thousands of resistive switching cycles, because the nano-confinement of two mechanically interlocked rings can stabilize the radical states of pyridinium moieties under ambient conditions. The successful realization of supramolecular junctions in functionality with a thickness of approximately 2 nm presents a promising avenue for the development of molecule-scale based RRAM for a better solution to high density and energy efficiency.
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Affiliation(s)
- Yu Xie
- Key Laboratory of Organic Optoelectronics and Molecular Engineering of Ministry of Education, Department of Chemistry, Tsinghua University, Beijing, 100084, China
| | - Cai-Yun Wang
- Key Laboratory of Organic Optoelectronics and Molecular Engineering of Ministry of Education, Department of Chemistry, Tsinghua University, Beijing, 100084, China
| | - Ningyue Chen
- Key Laboratory of Organic Optoelectronics and Molecular Engineering of Ministry of Education, Department of Chemistry, Tsinghua University, Beijing, 100084, China
| | - Zhou Cao
- Key Laboratory of Organic Optoelectronics and Molecular Engineering of Ministry of Education, Department of Chemistry, Tsinghua University, Beijing, 100084, China
| | - Guangcheng Wu
- Department of Chemistry, Northwestern University, Evanston, IL 60208, USA
| | - Bangchen Yin
- Key Laboratory of Organic Optoelectronics and Molecular Engineering of Ministry of Education, Department of Chemistry, Tsinghua University, Beijing, 100084, China
| | - Yuan Li
- Key Laboratory of Organic Optoelectronics and Molecular Engineering of Ministry of Education, Department of Chemistry, Tsinghua University, Beijing, 100084, China
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Lachmanová Š, Dupeyre G, Tarábek J, Ochsenbein P, Perruchot C, Ciofini I, Hromadová M, Pospíšil L, Lainé PP. Kinetics of Multielectron Transfers and Redox-Induced Structural Changes in N-Aryl-Expanded Pyridiniums: Establishing Their Unusual, Versatile Electrophoric Activity. J Am Chem Soc 2015; 137:11349-64. [DOI: 10.1021/jacs.5b05545] [Citation(s) in RCA: 27] [Impact Index Per Article: 3.0] [Reference Citation Analysis] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 12/18/2022]
Affiliation(s)
- Štěpánka Lachmanová
- J. Heyrovský
Institute of Physical Chemistry of ASCR, v. v. i., Dolejškova 3, 182 23 Prague, Czech Republic
| | - Grégory Dupeyre
- Université Paris Diderot, Sorbonne Paris Cité,
ITODYS, UMR CNRS 7086, 15 rue J-A de Baïf, 75013 Paris, France
| | - Ján Tarábek
- Institute of Organic
Chemistry and Biochemistry of ASCR, v. v. i., Flemingovo nám. 2, 166 10 Prague, Czech Republic
| | - Philippe Ochsenbein
- Laboratoire
de Cristallographie et Modélisation Moléculaire du Solide, Sanofi LGCR, 371 rue du Professeur Blayac, Montpellier 34184 Cedex 04, France
| | - Christian Perruchot
- Université Paris Diderot, Sorbonne Paris Cité,
ITODYS, UMR CNRS 7086, 15 rue J-A de Baïf, 75013 Paris, France
| | - Ilaria Ciofini
- PSL Research University, Chimie ParisTech—UMR CNRS
8247, Institut de Recherche de Chimie Paris, 11 rue Pierre et Marie Curie, 75005 Paris, France
| | - Magdaléna Hromadová
- J. Heyrovský
Institute of Physical Chemistry of ASCR, v. v. i., Dolejškova 3, 182 23 Prague, Czech Republic
| | - Lubomír Pospíšil
- J. Heyrovský
Institute of Physical Chemistry of ASCR, v. v. i., Dolejškova 3, 182 23 Prague, Czech Republic
- Institute of Organic
Chemistry and Biochemistry of ASCR, v. v. i., Flemingovo nám. 2, 166 10 Prague, Czech Republic
| | - Philippe P. Lainé
- Université Paris Diderot, Sorbonne Paris Cité,
ITODYS, UMR CNRS 7086, 15 rue J-A de Baïf, 75013 Paris, France
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Fortage J, Peltier C, Nastasi F, Puntoriero F, Tuyèras F, Griveau S, Bedioui F, Adamo C, Ciofini I, Campagna S, Lainé PP. Designing Multifunctional Expanded Pyridiniums: Properties of Branched and Fused Head-to-Tail Bipyridiniums. J Am Chem Soc 2010; 132:16700-13. [DOI: 10.1021/ja108668h] [Citation(s) in RCA: 57] [Impact Index Per Article: 4.1] [Reference Citation Analysis] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 11/28/2022]
Affiliation(s)
- Jérôme Fortage
- Laboratoire de Chimie et Biochimie Pharmacologiques et Toxicologiques (CNRS UMR-8601), Université Paris Descartes, 45 rue des Saints Pères, F-75270 Paris Cedex 06, France, Institut Parisien de Chimie Moléculaire (CNRS UMR-7201), Equipe Chimie Supramoléculaire, Case 42, Université Pierre et Marie Curie, 4 Place Jussieu, 75252 Paris Cedex 05, France, LECIME, Laboratoire d′Électrochimie, Chimie des Interfaces et Modélisation pour l′Énergie (CNRS UMR-7575), École Nationale Supérieure de Chimie de Paris
| | - Cyril Peltier
- Laboratoire de Chimie et Biochimie Pharmacologiques et Toxicologiques (CNRS UMR-8601), Université Paris Descartes, 45 rue des Saints Pères, F-75270 Paris Cedex 06, France, Institut Parisien de Chimie Moléculaire (CNRS UMR-7201), Equipe Chimie Supramoléculaire, Case 42, Université Pierre et Marie Curie, 4 Place Jussieu, 75252 Paris Cedex 05, France, LECIME, Laboratoire d′Électrochimie, Chimie des Interfaces et Modélisation pour l′Énergie (CNRS UMR-7575), École Nationale Supérieure de Chimie de Paris
| | - Francesco Nastasi
- Laboratoire de Chimie et Biochimie Pharmacologiques et Toxicologiques (CNRS UMR-8601), Université Paris Descartes, 45 rue des Saints Pères, F-75270 Paris Cedex 06, France, Institut Parisien de Chimie Moléculaire (CNRS UMR-7201), Equipe Chimie Supramoléculaire, Case 42, Université Pierre et Marie Curie, 4 Place Jussieu, 75252 Paris Cedex 05, France, LECIME, Laboratoire d′Électrochimie, Chimie des Interfaces et Modélisation pour l′Énergie (CNRS UMR-7575), École Nationale Supérieure de Chimie de Paris
| | - Fausto Puntoriero
- Laboratoire de Chimie et Biochimie Pharmacologiques et Toxicologiques (CNRS UMR-8601), Université Paris Descartes, 45 rue des Saints Pères, F-75270 Paris Cedex 06, France, Institut Parisien de Chimie Moléculaire (CNRS UMR-7201), Equipe Chimie Supramoléculaire, Case 42, Université Pierre et Marie Curie, 4 Place Jussieu, 75252 Paris Cedex 05, France, LECIME, Laboratoire d′Électrochimie, Chimie des Interfaces et Modélisation pour l′Énergie (CNRS UMR-7575), École Nationale Supérieure de Chimie de Paris
| | - Fabien Tuyèras
- Laboratoire de Chimie et Biochimie Pharmacologiques et Toxicologiques (CNRS UMR-8601), Université Paris Descartes, 45 rue des Saints Pères, F-75270 Paris Cedex 06, France, Institut Parisien de Chimie Moléculaire (CNRS UMR-7201), Equipe Chimie Supramoléculaire, Case 42, Université Pierre et Marie Curie, 4 Place Jussieu, 75252 Paris Cedex 05, France, LECIME, Laboratoire d′Électrochimie, Chimie des Interfaces et Modélisation pour l′Énergie (CNRS UMR-7575), École Nationale Supérieure de Chimie de Paris
| | - Sophie Griveau
- Laboratoire de Chimie et Biochimie Pharmacologiques et Toxicologiques (CNRS UMR-8601), Université Paris Descartes, 45 rue des Saints Pères, F-75270 Paris Cedex 06, France, Institut Parisien de Chimie Moléculaire (CNRS UMR-7201), Equipe Chimie Supramoléculaire, Case 42, Université Pierre et Marie Curie, 4 Place Jussieu, 75252 Paris Cedex 05, France, LECIME, Laboratoire d′Électrochimie, Chimie des Interfaces et Modélisation pour l′Énergie (CNRS UMR-7575), École Nationale Supérieure de Chimie de Paris
| | - Fethi Bedioui
- Laboratoire de Chimie et Biochimie Pharmacologiques et Toxicologiques (CNRS UMR-8601), Université Paris Descartes, 45 rue des Saints Pères, F-75270 Paris Cedex 06, France, Institut Parisien de Chimie Moléculaire (CNRS UMR-7201), Equipe Chimie Supramoléculaire, Case 42, Université Pierre et Marie Curie, 4 Place Jussieu, 75252 Paris Cedex 05, France, LECIME, Laboratoire d′Électrochimie, Chimie des Interfaces et Modélisation pour l′Énergie (CNRS UMR-7575), École Nationale Supérieure de Chimie de Paris
| | - Carlo Adamo
- Laboratoire de Chimie et Biochimie Pharmacologiques et Toxicologiques (CNRS UMR-8601), Université Paris Descartes, 45 rue des Saints Pères, F-75270 Paris Cedex 06, France, Institut Parisien de Chimie Moléculaire (CNRS UMR-7201), Equipe Chimie Supramoléculaire, Case 42, Université Pierre et Marie Curie, 4 Place Jussieu, 75252 Paris Cedex 05, France, LECIME, Laboratoire d′Électrochimie, Chimie des Interfaces et Modélisation pour l′Énergie (CNRS UMR-7575), École Nationale Supérieure de Chimie de Paris
| | - Ilaria Ciofini
- Laboratoire de Chimie et Biochimie Pharmacologiques et Toxicologiques (CNRS UMR-8601), Université Paris Descartes, 45 rue des Saints Pères, F-75270 Paris Cedex 06, France, Institut Parisien de Chimie Moléculaire (CNRS UMR-7201), Equipe Chimie Supramoléculaire, Case 42, Université Pierre et Marie Curie, 4 Place Jussieu, 75252 Paris Cedex 05, France, LECIME, Laboratoire d′Électrochimie, Chimie des Interfaces et Modélisation pour l′Énergie (CNRS UMR-7575), École Nationale Supérieure de Chimie de Paris
| | - Sebastiano Campagna
- Laboratoire de Chimie et Biochimie Pharmacologiques et Toxicologiques (CNRS UMR-8601), Université Paris Descartes, 45 rue des Saints Pères, F-75270 Paris Cedex 06, France, Institut Parisien de Chimie Moléculaire (CNRS UMR-7201), Equipe Chimie Supramoléculaire, Case 42, Université Pierre et Marie Curie, 4 Place Jussieu, 75252 Paris Cedex 05, France, LECIME, Laboratoire d′Électrochimie, Chimie des Interfaces et Modélisation pour l′Énergie (CNRS UMR-7575), École Nationale Supérieure de Chimie de Paris
| | - Philippe P. Lainé
- Laboratoire de Chimie et Biochimie Pharmacologiques et Toxicologiques (CNRS UMR-8601), Université Paris Descartes, 45 rue des Saints Pères, F-75270 Paris Cedex 06, France, Institut Parisien de Chimie Moléculaire (CNRS UMR-7201), Equipe Chimie Supramoléculaire, Case 42, Université Pierre et Marie Curie, 4 Place Jussieu, 75252 Paris Cedex 05, France, LECIME, Laboratoire d′Électrochimie, Chimie des Interfaces et Modélisation pour l′Énergie (CNRS UMR-7575), École Nationale Supérieure de Chimie de Paris
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Wong RPC, Wong JE, Birss VI. The reductive deposition of quaternary pyridinium corrosion inhibitor multilayers on glassy carbon electrodes. CAN J CHEM 2004. [DOI: 10.1139/v04-127] [Citation(s) in RCA: 6] [Impact Index Per Article: 0.3] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 11/22/2022]
Abstract
The redox behaviour of several quaternary pyridinium corrosion inhibitors ("Quats") at glassy carbon (GC) electrodes has been investigated in neutral aqueous solutions. The primary emphasis is on n-butyl-3-(N-octyl carbamyl)pyridinium bromide, one of the Quats determined to have very good corrosion inhibition properties based on parallel weight loss experiments. It is demonstrated that the reduction of the Quats, which occurs in a two-electron reaction at potentials negative of 1.0 V vs. SSCE, results in the formation of a neutral product. This forms a porous film on the electrode surface, with clusters that expand and thicken as more Quat deposits, as confirmed by atomic force microscopy. The film charge density reaches a maximum of ~4 mC/cm2, equivalent to more than 100 monolayers of Quat, after which no further Quat can be deposited, suggesting full surface coverage by a nonconducting product. The Quat multilayer can then be redissolved at potentials positive of ~ 0.2 V, during its oxidation back to its original solution-soluble form. Key words: quaternarized pyridinium compounds, reductive film deposition, glassy carbon, multilayer, corrosion inhibitors, cyclic voltammetry, AFM.
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