Высвобождение сродства к электрону: удивительные химические возможности плоских фуллереновых фрагментов

May 16, 2023

Киотский университет, 22 июня 2023 г.

Даже без симметрии и кривизны фуллеренов спроектированные плоские фрагменты фуллерена, сохраняющие пятиугольную субструктуру, проявляли те же электроноакцепторные свойства, что и фуллерены. Кредит: Компания YAP, Ltd.

Фрагменты сферических молекул типа «бакиболл» обладают стабильной способностью принимать электроны и имеют большой практический потенциал.

Researchers at Kyoto University in Japan have gained new insights into the unique chemical properties of spherical molecules composed entirely of carbon atoms, called fullerenes. They did it by making flat fragments of the molecules, which surprisingly retained and even enhanced some key chemical properties. The team published their findings in the journal Nature Communications<em>Nature Communications</em> is a peer-reviewed, open-access, multidisciplinary, scientific journal published by Nature Portfolio. It covers the natural sciences, including physics, biology, chemistry, medicine, and earth sciences. It began publishing in 2010 and has editorial offices in London, Berlin, New York City, and Shanghai. " data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">Природные коммуникации.

“Our work could lead to new opportunities in a wide range of applications, such as semiconductorsSemiconductors are a type of material that has electrical conductivity between that of a conductor (such as copper) and an insulator (such as rubber). Semiconductors are used in a wide range of electronic devices, including transistors, diodes, solar cells, and integrated circuits. The electrical conductivity of a semiconductor can be controlled by adding impurities to the material through a process called doping. Silicon is the most widely used material for semiconductor devices, but other materials such as gallium arsenide and indium phosphide are also used in certain applications." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">полупроводники, устройства фотоэлектрического преобразования, батареи и катализаторы», — говорит руководитель группы Айко Фукадзава из Института интегрированных наук о клеточных материалах (iCeMS).

Бакминстерфуллерен (или просто «бакибол») представляет собой молекулу, в которой 60 атомов углерода связаны между собой, образуя сферическую форму. Он был назван в честь структурного сходства с геодезическими куполами, спроектированными знаменитым архитектором Бакминстером Фуллером, а его уникальная структура постоянно привлекала интерес ученых. Бакминстерфуллерен и родственные ему сферические углеродные кластеры с разным количеством атомов углерода в просторечии известны как фуллерены по фамилии Фуллера. Одной из их наиболее интригующих характеристик является способность принимать электроны — процесс, известный как восстановление. Из-за своей способности принимать электроны фуллерены и их производные широко исследовались в качестве материалов, переносящих электроны, в органических тонкопленочных транзисторах и органических фотоэлектрических элементах. Тем не менее, фуллерены представляют собой аномальный класс материалов по сравнению с любыми другими традиционными органическими акцепторами электронов из-за их устойчивости к принятию нескольких электронов.

Химики-теоретики предположили три возможных фактора, которые могут лежать в основе способности фуллерена принимать электроны: высокая симметрия всей молекулы, ее атомы углерода с пирамидально расположенными связями и наличие пентагональных субструктур, распределенных между шестичленными кольцами.

Команда Киото сосредоточилась на влиянии пятиугольных колец. Они сконструировали и синтезировали уплощенные фрагменты фуллерена и экспериментально подтвердили, что эти молекулы могут принимать без распада количество электронов, равное числу пятичленных колец в их структуре.

«Это удивительное открытие подчеркивает решающее значение пятиугольной субструктуры для создания стабильных многоэлектронных принимающих систем», — говорит Фукадзава.