CINNO Research产业资讯，一直以来，含碳稠环链的有机材料都具有一些独特的光电特性，可作为半导体材料使用。具体来说，这当中一些被称为蒽链的发光材料，可以通过调控进而发射出不同颜色的光，正因为如此，这一类材料也成为了当前有机发光二极管发光材料的候选者之一。
图1. 麻省理工学院的化学家们在其论文中提出了一种新的方法，这种方法能够让蒽基发光分子更加稳定。上图以一位艺术家的方式展示了风格化的蒽材料发光：红色、橙色、黄色、绿色和蓝色的光。（资料来源：Jose Luis Olivares，麻省理工学院）
据了解，蒽链有机发光材料所发出光的颜色（或者波长）由其长度决定，但随着分子链长度的持续变长，这种材料的稳定性会变差，一直以来这一问题都阻碍着它们在众多发光用例中的广泛应用。
针对此问题，麻省理工学院的化学家们现在提出了一种新的方法，他们通过让这些发光分子更加稳定，进而实现更多不同长度蒽链发光材料的合成。使用他们所提出的新方法，这些研究人员成功合成了能够发出红色、橙色、黄色、绿色或蓝色光的蒽链发光分子。结果显示，这种新的方法将能够大大推动蒽链发光材料在各种发光应用中使用。
“这类分子，尽管他们的潜在应用意义很大，但一直以来，它们的在反应性方面还存在很大的挑战，”麻省理工学院诺华化学副教授、这项新研究的通讯作者Robert Gilliard说：“我们在这项研究中试图解决的问题首先是蒽链发光分子的稳定性问题，其次，我们想基于此开发出更多发光波长或者颜色可调的分子化合物。”
据了解，麻省理工学院的研究人员Deng Chun Lin是这篇论文的主要作者，该论文发表在了《自然化学》期刊上。
可以发出各种不同颜色光的有机分子
Acenes（并苯）由苯分子组成——由碳和氢组成的环——以线性方式连接在一起。因为这种分子中，两个苯环不仅富含可共享的电子，而且可以有效地传输电荷，所以它们常被用作半导体和场效应晶体管（使用电场控制半导体中电流流动的晶体管）的制造。
最近的研究进展表明，并苯中一些碳原子在被硼和氮元素取代或“掺杂”后形成的蒽分子材料具有更有价值的电子性质。尽管如此，像传统的蒽分子材料一样，这些分子在暴露于空气或光照环境中时是很不稳定的。所以通常，蒽材料分子必须在一个称为手套箱的密封容器中合成，以保护它们免受空气暴露带来的消极影响，因为暴露在空气环境中会导致它们发生分解。一般情况下，蒽分子链越长，就越容易受到氧气、水或光照环境引发的不必要反应的影响。
为了让这种蒽分子材料更稳定，Gilliard决定使用他的实验室以前研究过的一种配体，即碳二卡宾。在去年发表的一项研究成果中，他们成功使用这种配体来稳定硼芴离子，这也是一种有机化合物，可以根据温度变化发出不同颜色的光。
在这项研究中，Gilliard和他的合作者开发了一种新的材料合成方法，使他们能够将碳二卡宾添加到同样掺杂有硼和氮的蒽材料中。随着新配体的加入，蒽开始带正电，这不仅能够极大提高它们的稳定性，还能够赋予它们独特的电子性质。
使用这种方法，研究人员合成出能发出不同颜色光的蒽分子，具体发出什么光取决于它们的长度和附着在碳二卡宾上的化学基团的类型。到目前为止，研究人员已经合成的大多数硼、氮掺杂的蒽只能发射蓝光。
“红色光的发射对于众多应用非常重要，这其中就包括生物成像等，” Gilliard说：“许多人体组织会发出蓝光，因此我们很难使用蓝色荧光探针进行成像，这也是人们寻找红色发光材料的众多原因之一。”
更好的稳定性
这些并苯的另一个重要特征是它们在空气和水环境中都能够保持很好的稳定性，具有低配位数的含硼带电分子（意味着中心硼原子几乎没有相邻原子）在水中通常高度不稳定，因此蒽材料在水中的稳定性是非常有意义的，未来人们可以将其用于生物成像和其他医学应用。
Gilliard说：“我们对本文中报道的这类化合物感到兴奋的原因之一是它们可以悬浮在水中，这一点有助于我们开辟更为广泛的应用可能性。”
据介绍，研究人员现在计划尝试掺入更多不同类型的碳二卡宾，看看它们是否能创造出具有更好稳定性和量子效率（衡量材料发出的光量）的额外蒽。
“我们认为，未来有可能制造出更多我们目前甚至还没有合成的不同衍生物，” Gilliard说：“实际上，关于这些材料的光电子特性，我们还有很多需要探索，对此我们也很兴奋。”
另据介绍，Gilliard还计划与麻省理工学院电气工程教授Marc Baldo合作，尝试将上述新的蒽发光材料集成到一种太阳能电池中，即单裂变太阳能电池。这种类型的太阳能电池可以从一个光子中产生两个电子，使电池的效率高得多。
Gilliard说，这些类型的化合物也可以通过进一步开发优化，进而用于电视和电脑等OLED显示屏幕。这种有机发光二极管比传统的LED更轻、更灵活，产生更明亮的图像，并且消耗更少的电力。
Gilliard说：“无论是有机半导体、发光器件还是单重态裂变太阳能电池，我们目前都还处于开发特定应用的早期阶段。不过考虑到新材料的稳定性，这些器件的制造应该比这类化合物的典型制造要顺利得多。”
中国科学院化学研究所副所长Tiow Gan Ong表示：“通过将反应性零价碳和阳离子硼结合起来，这项创造性的工作与非传统的范式无疑将为开发具有高度稳定性发光材料以及能量收集器件铺平了一条充满希望的道路。”
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