Watching Organic Reactions Single-molecule studies can overcome the difficulty of inferring the various outcomes of reactions in ensemble measurements. De Oteyza et al. (p. 1434 , published online 30 May; see the Perspective by Giessibl ) used a variation of noncontact atomic force microscopy in which the imaging tip was derivatized with a single CO molecule to obtain subnanometer-resolution images of conjugated organic molecules undergoing reaction on a silver surface. Different thermally induced cyclization reactions of oligo- (phenylene-1,2-ethynylenes) were observed.

A prerequisite for future graphene nanoribbon (GNR) applications is the ability to fine-tune the electronic band gap of GNRs. Such control requires the development of fabrication tools capable of precisely controlling width and edge geometry of GNRs at the atomic scale. Here we report a technique for modifying GNR band gaps via covalent self-assembly of a new species of molecular precursors that yields n = 13 armchair GNRs, a wider GNR than those previously synthesized using bottom-up molecular techniques. Scanning tunneling microscopy and spectroscopy reveal that these n = 13 armchair GNRs have a band gap of 1.4 eV, 1.2 eV smaller than the gap determined previously for n = 7 armchair GNRs. Furthermore, we observe a localized electronic state near the end of n = 13 armchair GNRs that is associated with hydrogen-terminated sp2-hybridized carbon atoms at the zigzag termini.

Width-modulated heterostructures are created in graphene nanoribbons using a bottom-up approach, thus achieving molecular-scale bandgap engineering. Bandgap engineering is used to create semiconductor heterostructure devices that perform processes such as resonant tunnelling1,2 and solar energy conversion3,4. However, the performance of such devices degrades as their size is reduced5,6. Graphene-based molecular electronics has emerged as a candidate to enable high performance down to the single-molecule scale7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17. Graphene nanoribbons, for example, can have widths of less than 2 nm and bandgaps that are tunable via their width and symmetry6,18,19. It has been predicted that bandgap engineering within a single graphene nanoribbon may be achieved by varying the width of covalently bonded segments within the nanoribbon20,21,22. Here, we demonstrate the bottom-up synthesis of such width-modulated armchair graphene nanoribbon heterostructures, obtained by fusing segments made from two different molecular building blocks. We study these heterojunctions at subnanometre length scales with scanning tunnelling microscopy and spectroscopy, and identify their spatially modulated electronic structure, demonstrating molecular-scale bandgap engineering, including type I heterojunction behaviour. First-principles calculations support these findings and provide insight into the microscopic electronic structure of bandgap-engineered graphene nanoribbon heterojunctions.

Recently developed processes have enabled bottom-up chemical synthesis of graphene nanoribbons (GNRs) with precise atomic structure. These GNRs are ideal candidates for electronic devices because of their uniformity, extremely narrow width below 1 nm, atomically perfect edge structure, and desirable electronic properties. Here, we demonstrate nano-scale chemically synthesized GNR field-effect transistors, made possible by development of a reliable layer transfer process. We observe strong environmental sensitivity and unique transport behavior characteristic of sub-1 nm width GNRs.

Abstract We present a protocol for the on‐surface synthesis of polyboroxine molecules derived from boroxine molecules precursors. This process is promoted by oxygen species present on the Au(111) surface: oxygen atoms facilitate the detachment of naphthalene units of trinaphthyl‐boroxine molecules and bridge two unsaturated boroxine centers to form a boroxine‐O‐boroxine chemical motif. X‐ray spectroscopic characterization shows that, as the synthesis process proceeds, it progressively tunes the electronic properties of the interface, thus providing a promising route to control the electron level alignment.

Starphenes are structurally appealing three‐fold symmetric polycyclic aromatic compounds with potential interesting applications in molecular electronics and nanotechnology. This family of star‐shaped polyarenes can be regarded as three acenes that are connected through a single benzene ring. In fact, just like acenes, unsubstituted large starphenes are poorly soluble and highly reactive molecules under ambient conditions making their synthesis difficult to achieve. Herein, we report two different synthetic strategies to obtain a starphene formed by 19 cata‐fused benzene rings distributed within three hexacene branches. This molecule, which is the largest starphene that has been obtained to date, was prepared by combining solution‐phase and on‐surface synthesis. [19]Starphene was characterized by high‐resolution scanning tunneling microscopy (STM) and spectroscopy (STS) showing a remarkable small HOMO‐LUMO transport gap (0.9 eV).