Hướng tới các vật liệu phân tử dẫn điện cao với phân tử trung tính hữu cơ bị oxy hóa một phần: Trong một kỳ tích chưa từng có, các nhà nghiên cứu từ Nhật Bản đã phát triển một tinh thể phân tử trung tính hữu cơ, ổn định trong không khí, dẫn điện cao với các đặc tính điện tử độc đáo

Trang Chủ > Ấn Bản > Hướng tới các vật liệu phân tử dẫn điện cao với phân tử trung tính hữu cơ bị oxy hóa một phần: Trong một kỳ tích chưa từng có, các nhà nghiên cứu từ Nhật Bản đã phát triển một tinh thể phân tử trung tính hữu cơ, ổn định trong không khí, dẫn điện cao với các đặc tính điện tử độc đáo

Một trạng thái oxy hóa từng phần chưa từng có được một nhóm các nhà nghiên cứu ở Nhật Bản nhận ra trong một phân tử trung tính hoàn toàn hữu cơ có thể cung cấp nền tảng cho sự phát triển của các chất siêu dẫn hữu cơ mới và các hệ thống điện tử tương quan mạnh, với các ứng dụng tiềm năng trong công nghệ siêu dẫn trong tương lai. TÍN DỤNG
Akira Ueda từ Đại học Kumamoto

Tóm tắt:
Vật liệu hữu cơ thông thường là chất dẫn điện kém. Để một vật liệu hữu cơ trở thành một chất dẫn điện tốt, nó cần phải ở trạng thái “ôxi hóa một phần”. Trong một nghiên cứu mới, lần đầu tiên các nhà nghiên cứu đã phát triển được một phân tử trung tính hữu cơ như vậy với trạng thái oxy hóa không hoàn toàn. Bao gồm cả các gốc tích điện dương và âm và có các đặc tính điện tử độc đáo, phân tử hữu cơ mới có khả năng cách mạng hóa khoa học vật liệu và hóa học.

Hướng tới các vật liệu phân tử dẫn điện cao với phân tử trung tính hữu cơ bị oxy hóa một phần: Trong một kỳ tích chưa từng có, các nhà nghiên cứu từ Nhật Bản đã phát triển một tinh thể phân tử trung tính hữu cơ, ổn định trong không khí, dẫn điện cao với các đặc tính điện tử độc đáo

Kumamoto, Nhật Bản | Đăng ngày 20 tháng 2023 năm XNUMX

Các chất hữu cơ điển hình như giấy, đường và naphtalen bao gồm các phân tử trung hòa về điện, là chất dẫn điện kém. Kể từ khi hiện tượng siêu dẫn ra đời, người ta lại quan tâm đến các vật liệu hữu cơ dẫn điện cao. Người ta đã chứng minh rằng chìa khóa của tính dẫn điện xuất sắc là sự kết hợp giữa phân tử cho điện tử và phân tử nhận điện tử, được gọi là “phức hợp truyền điện tích” được đặc trưng bởi “trạng thái ôxi hóa không hoàn toàn”. Cho đến nay, trạng thái oxy hóa không hoàn toàn hoặc một phần như vậy chỉ được thực hiện trong các hợp chất ion. Tuy nhiên, màng mỏng siêu dẫn với các tính năng hữu ích như khả năng hòa tan và khả năng làm việc tuyệt vời đòi hỏi các phân tử nhỏ hữu cơ đơn lẻ có trạng thái oxy hóa một phần. Tương tự như vậy, sự phát triển của các phân tử hữu cơ nhỏ có cả nhóm tích điện dương và âm, thường được gọi là “zwitterions”, có khả năng cách mạng hóa công nghệ siêu dẫn.

Để đạt được mục tiêu này, một nhóm các nhà nghiên cứu đến từ Nhật Bản, dẫn đầu là Tiến sĩ Akira Ueda từ Đại học Kumamoto và bao gồm ông Taro Suemune và ông Keita Sonoda từ Đại học Kumamoto, Tiến sĩ Shuichi Suzuki từ Đại học Osaka, Tiến sĩ Hiroyasu Sato từ Tập đoàn Rigaku , và Tiến sĩ Tetsuro Kusamoto từ Viện Khoa học Phân tử, hiện đã lần đầu tiên phát triển một phân tử trung tính hoàn toàn hữu cơ với trạng thái oxy hóa không hoàn toàn. Trong một bài báo gần đây được cung cấp trực tuyến vào ngày 22 tháng 2022 năm 144 và được xuất bản trong tập 48, Số 7 của Tạp chí của Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ vào ngày 2022 tháng XNUMX năm XNUMX, các nhà nghiên cứu đã trình bày chi tiết về sự phát triển của chất trung tính hoàn toàn hữu cơ ổn định trong không khí này. chất dẫn điện cực “zwitterionic”. “Từ lâu, người ta đã tin rằng việc kết hợp hai (hoặc nhiều) loại phân tử ion là điều cần thiết để đạt được trạng thái oxy hóa một phần trong vật liệu hữu cơ. Nhóm nghiên cứu của chúng tôi hiện đã đảo ngược niềm tin phổ biến này với thiết kế phân tử ban đầu của chúng tôi. Lần đầu tiên, chúng tôi đã thành công trong việc tạo ra một 'trạng thái oxy hóa không hoàn toàn' với một phân tử trung tính hoàn toàn hữu cơ,” Tiến sĩ Ueda, tác giả tương ứng của bài báo giải thích.

Các nhà nghiên cứu đã kết nối hai “bộ xương π” bị oxy hóa một phần loại tetrathiafulvalene (TTF) +0.5 thông qua một ion boron (B) tích điện âm để tạo ra trạng thái oxy hóa một phần chưa từng có trong một phân tử zwitterionic trung tính, hoàn toàn hữu cơ. Phân tử mới, cụ thể là dẫn xuất được thế propylenedithio (PDT), {[(PDT-TTF-Cat)2]+B–}• , sử dụng anion boron B− làm liên kết với hai khung TTF+0.5 bị oxy hóa một phần thông qua catechol (Mèo) tùng. Thiết kế này tạo điều kiện thuận lợi cho các tương tác điện tử trong và giữa các phân tử, chìa khóa để đạt được trạng thái oxy hóa không hoàn toàn.

Nhóm nghiên cứu đã xác nhận sự hình thành trạng thái oxy hóa một phần bằng cách đo điện trở suất và độ nhạy từ của các phân tử ở trạng thái rắn và sử dụng nhiễu xạ tia X để mô tả đặc tính của nó. Họ tiếp tục chứng minh rằng trạng thái bị oxy hóa một phần dẫn đến sự chuyển pha và chéo pha nhiều bước, cung cấp các đặc tính điện tử tương quan mạnh độc nhất với chất rắn phân tử trung tính. Điều này thể hiện dưới dạng trạng thái cách điện dimer-Mott theo thứ tự điện tích ba chiều ở nhiệt độ thấp.

Nhìn chung, kết quả chỉ ra rằng tinh thể phân tử trung tính mới được phát triển có thể đóng vai trò là nền tảng đầy hứa hẹn để nghiên cứu các chất siêu dẫn phân tử và các hệ thống điện tử phân tử tương quan mạnh. Tiến sĩ Ueda lạc quan kết luận: “Chúng tôi hy vọng rằng sự phát triển mới sẽ dẫn đến các vật liệu và chất hữu cơ có chức năng mới”.

Thật vậy, nó có thể cách mạng hóa khoa học vật liệu không kém!

####

Để biết thêm thông tin, xin vui lòng bấm vào tại đây

Liên hệ:
Naoko Fukuda
Đại học Kumamoto
Văn phòng: 96-342-3307

Nếu bạn có một bình luận, xin vui lòng Liên hệ chúng tôi.

Các tổ chức phát hành tin tức, không phải 7th Wave, Inc. hay Nanotech Now, chỉ chịu trách nhiệm về tính chính xác của nội dung.

Bookmark: