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电子亲和力的释放：扁平富勒烯碎片拥有令人惊讶的化学能力

来源：cnBeta    时间：2023-06-23 12:33:21


【资料图】

日本京都大学的研究人员对完全由碳原子组成的球形分子（称为富勒烯）的独特化学特性有了新的认识。他们通过制造分子的扁平碎片做到了这一点，这些碎片令人惊讶地保留甚至增强了一些关键的化学特性。该团队在《自然通讯》杂志上发表了他们的发现。

即使没有富勒烯的对称性和曲率，所设计的保持五边形子结构的扁平富勒烯片段也显示出与富勒烯相同的电子接受特性。资料来源：YAP有限公司

综合细胞材料科学研究所（iCeMS）的小组负责人深泽爱子说："我们的工作可以在广泛的应用中带来新的机会，例如半导体、光电转换装置、电池和催化剂。"

Buckminsterfullerene（或简称"buckyball"）是一种分子，其中60个碳原子结合在一起，形成一个球形。它因与著名建筑师巴克明斯特-富勒设计的测地穹顶结构相似而得名，其独特的结构不断引起科学家的兴趣。巴克明斯特-富勒烯和相关的具有不同数量碳原子的球形碳簇被俗称为富勒烯，是以富勒的姓氏命名的。它们最吸引人的特征之一是接受电子的能力，这一过程被称为还原。由于其接受电子的特性，富勒烯及其衍生物已被广泛地研究为有机薄膜晶体管和有机光伏中的电子传输材料。然而，与其他传统的有机电子接受体相比，富勒烯是一类反常的材料，因为它们对接受多个电子具有强大的能力。

理论化学家们提出了三个可能的因素，这些因素可能是富勒烯的电子接受能力背后的原因：整个分子的高度对称性，其碳原子的金字塔式排列的键，以及分布在六元环中的五边形子结构的存在。

京都团队重点研究了五角环的影响。他们设计并合成了扁平的富勒烯片段，并通过实验证实，这些分子可以接受多达与其结构中五元环数量相等的电子而不发生分解。

深泽说："这一惊人的发现突出了五边形子结构对于产生稳定的多电子接受系统的关键意义。"

实验还显示，与富勒烯本身更有限的吸收能力相比，这些碎片显示出更强的紫外线、可见光和近红外光的吸收能力。这可能为光化学带来新的可能性，例如利用光来启动化学反应，或开发光传感器或太阳能系统。

该团队现在将探索他们的扁平富勒烯碎片在与电子转移过程相关的大量应用中所拥有的可能性。在仅由碳组成的分子中获得如此高的电子接受能力是不寻常的，避免了在碳基框架上引入其他吸电子的原子或功能团的典型要求。然而，继续探索加入其他原子或化学基团的效果，可能会产生对化学特性的额外控制和多功能性。

深泽说："我们希望通过利用它们的高自由度来探索结构修改的效果，开创我们称之为超级电子接受碳氢化合物的科学和技术。"

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