随着电子器件微型化需求的不断增加，使用单个分子作为功能元件已成为纳米科学一个蓬勃发展的领域。其中构建分子开关是信息存储、逻辑数据操纵和信号处理等方面的重要步骤。在过去四十年中，设计单分子开关的常用方法是利用分子骨架响应外界刺激，但这需要复杂的有机合成。如何原位控制同一分子骨架中分子-电极接触从而实现单分子开关在技术上仍是一个重大挑战。

针对这一挑战，周小顺研究员和王亚浩副教授设计利用电化学控制的双电层中局域金属阳离子调控界面分子-电极接触作用，从而实现单分子可逆开关。首先通过电化学扫描隧道显微镜裂结技术（STM-BJ），发现了羧酸分子在金属阳离子(如 Na⁺、K⁺、Mg²⁺、Ca²⁺)溶液中电化学调控下的单分子开关功能；进一步通过原位壳层隔绝纳米粒子增强拉曼光谱证实，含金属阳离子溶液中，电位远小于PZC时外亥姆霍兹层(OHP)中的局域金属阳离子会与分子羧发生强配位作用，从而抑制分子与Au电极作用形成分子结，实现单分子结电导关闭状态（OFF）；随着电位增加，羧酸-金属离子配位会被破坏，分子会先以质子化和去质子化共存吸附在电极表面，最后完全去质子化。去质子化的-COO^-可以与Au电极发生强作用，形成分子结实现电子传输（ON），这与不同电解质溶液中羧酸分子结的电化学门控实验结果是一致的。

为了进一步证明局域阳离子调控的可逆单分子开关，作者对三种羧酸分子进行电导循环测量，发现0 V电导峰重复出现，-0.5 V则消失，且具有很好的循环稳定性。进一步进行I-t测试，发现0 V可以观察到电流跃变到ON状态，而电位控制在-0.5 V时，则只观察到了基线电流及其波动。同时I-V测试结果也表明，在电位负向或正向扫描过程中，电流会跳变到低值或高值。这对应于分子结的断裂和形成，且电流绝对差值与单分子电导测量结果一致，进一步证明局域阳离子调控可逆单分子开关的可行性。

该工作首次利用电化学STM-BJ、I-t和I-V技术在羧酸分子结中成功实现了局域阳离子控制的可逆单分子开关，并借助原位拉曼光谱，阐述其开关机制，为通过栅电极实现可逆单分子开关开辟了一条新途径。

研究成果得到了国家自然科学基金、浙江省自然科学基金和浙江师范大学等经费资助。