Molekylær designstrategi afslører nær infrarød-absorberende kulbrinte

Nagoya University forskere har syntetiseret et unikt molekyle med en overraskende egenskab:Det kan absorbere nær infrarødt lys. Molekylet er kun lavet af brint- og kulstofatomer og giver indsigt i fremstilling af organiske ledere og batterier. Detaljerne blev offentliggjort i tidsskriftet Naturkommunikation .

Den organiske kemiker Hiroshi Shinokubo og den fysiske organiske kemiker Norihito Fukui fra Nagoya University arbejder på at designe nye, interessante molekyler ved hjælp af organiske, eller kulstofholdig, forbindelser. I laboratoriet, de syntetiserede et aromatisk carbonhydrid kaldet methoxy-substitueret as-indacenoterrylen. Dette molekyle har en unik struktur, da dens methoxygrupper er lokaliseret internt snarere end ved dens periferi.

"I første omgang, vi ønskede at se, om dette kulbrinte udviste nye fænomener på grund af dets unikke struktur, " siger Fukui.

Men under deres undersøgelser, forskerne opdagede, at de kunne omdanne det til et nyt skålformet kulbrinte kaldet as-indacenoterrylen.

"Vi var overraskede over at opdage, at dette nye molekyle udviser nær infrarød absorption op til 1300 nanometer, " forklarer Shinokubo.

Det unikke ved as-indacenoterrylen er ikke, at det absorberer nær infrarødt lys. Andre kulbrinter kan også gøre dette. as-indacenoterrylen er interessant, fordi det gør dette på trods af, at det kun er lavet af 34 carbon- og 14 hydrogenatomer, uden at indeholde andre former for stabiliserende atomer i dens periferi.

Da forskerne udførte elektrokemiske målinger, teoretiske beregninger, og andre tests, de fandt ud af, at as-indacenoterrylen var spændende stabilt og også havde et bemærkelsesværdigt snævert mellemrum mellem dets højeste besatte molekylære orbital (HOMO) og dets laveste ubesatte molekylære orbital (LUMO). Det betyder, at molekylet har to elektronisk forskellige underenheder, en der donerer og en anden der trækker elektroner tilbage. Det smalle HOMO-LUMO-gab gør det lettere for elektroner at blive exciterede i molekylet.

"Undersøgelsen giver en effektiv retningslinje for design af kulbrinter med et snævert HOMO-LUMO-gab, som er at fremstille molekyler med sameksisterende elektrondonerende og elektrontiltrækkende underenheder, " siger Fukui. "Disse molekyler vil være nyttige til udviklingen af ​​næste generation af faststofmaterialer, såsom organiske ledere og organiske batterier."

Holdet planlægger dernæst at syntetisere andre nær infrarød-absorberende aromatiske kulbrinter baseret på designkoncepterne, der er opnået i denne aktuelle undersøgelse.

Studiet, "as-Indaceno [3, 2, 1, 8, 7, 6-ghijklm] terrylen som et nær-infrarødt absorberende C70-fragment, " blev offentliggjort i tidsskriftet Naturkommunikation .