美国科学家首次在分子层面上观察并记录了电极表面的电子转移，这一成果有望对微电子学、电化学、生物学、信息存储以及太阳能转化等众多领域产生重要影响。相关论文发表在德国的国际学术期刊《应用化学》上。

论文第一作者、美国坦普尔大学化学教授埃里克·博尔盖（Eric Borguet）表示，“从根本上而言，氧化还原反应中充斥着电子的转移。然而，大部分的研究主要关注整个化学反应系统的电子流动，却很少在单分子层面上研究电子的转移。”电子转移是生命体能量转化（如光合作用、呼吸链）和电化学反应的核心过程，在单分子水平直接观测这一过程对于理解反应机制、设计分子电子器件具有重要意义。

在最新的研究中，博尔盖和同事对由卟啉类化合物修饰的金属电极表面进行了深入观测。卟啉是一类具有共轭大环结构的有机分子，广泛存在于血红素、叶绿素等生物活性分子中，具有优异的光电特性。他们利用扫描隧道显微镜（STM）扫描了电极表面，并观察到了电子从STM的金属探头通过卟啉分子，最终到达金属电极表面的转移路径。STM因其原子级分辨率，能够实时捕获分子尺度的电子行为，为单分子电化学研究提供了有力工具。

研究人员发现，卟啉分子的化学状态影响着电子从金属探头转移到电极的能力。博尔盖说：“我们注意到，一些处于特定状态的卟啉分子看起来十分昏暗，而另外一些则很明亮。进一步研究表明，当我们在阳极加上电压，或者强行让卟啉分子失去电子时，卟啉分子颜色就会变得昏暗。也就是说，我们发现了昏暗的被氧化分子与明亮的被还原分子的差异。”这一现象直观地揭示了单个分子的氧化还原状态与其导电性之间的关联，为单分子尺度上调控电子传输提供了实验基础。

博尔盖表示，研究人员已经能够区分并追踪研究单个卟啉分子的氧化还原特性。他说：“现在，科学家终于可以提出这样的问题，即分子氧化过程是一个一个进行的，或者成对进行的，还是整个区域一同进行的？一个分子的氧化会不会影响周围分子的氧化可能性？哪些因素能够促进氧化还原反应？”这些问题的深入探索有望推动单分子电子学、电催化以及智能传感器等领域的发展。