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AM:“红碳”半导体聚合物的合成和应用纳米技术

知光谷

2022-09-25 08:52福建

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二氧化三碳C2O3(Carbon suboxide)是一种非常独特的分子,能够在0 ℃就能够自发聚合生成具有高度共轭结构的光吸收材料。虽然这种材料具有的显著优势,但是人们对这种碳基材料的特点和功能并不清楚。

马克思·普朗克固体与界面研究所Nieves López-Salas、Mateusz Odziomek等报道研究这种被人们遗忘的“红碳”聚合物半导体材料。通过发展一种溶液相聚合反应方法,能够更加简单方便的控制合成和结构,从而能够在非常低的温度得到聚合物材料。

一般通过丙二酸MA(malonic acid)在P2O5上缩水的方式生成C3O2,随后在室温自发聚合生成深色固体材料,反应的速率能够通过温度和杂质进行调控,作者发现不同文献给出的合成时间互不相同,说明其合成过程对反应条件非常敏感。

在此基础上,作者通过丙二酸与乙酸酐混合的方法活化羧酸官能团,生成丙二酸和乙酸的混合酸酐,因此首次实现了通过液相合成p(C3O2)x。通过表征技术,验证结果与以往报道的p(C3O2)x相同。通过光谱表征和元素分析,验证材料的结构为共轭梯状聚吡咯带状结构。使用DFT计算,验证半导体碳材料具有直接的能带结构半导体,光学数据分析结果显示其具有宽度适中的带隙。与C3N4等相比,这种碳材料的合成更加容易操作。

红碳能够溶解于中等极性溶剂,并包覆在不同基底表面,因此可能用于多种多样的领域,包括OLED、有机场效应晶体管、太阳能电池、光催化等。这种碳材料在蓝光光照条件具有非常好的光催化活性,能够将苯甲醇转化为苯甲醛、将苯甲硫醚转化为亚砜/砜。材料通过非常简单的缩合-芳构化方法(condensation–aromatization route)能够直接合成梯状聚合物,这项研究为低温合成碳基材料提供一种普适性方法。

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参考文献

Mateusz Odziomek, Paolo Giusto, Janina Kossmann, Nadezda V. Tarakina, Julian Heske, Salvador M. Rivadeneira, Waldemar Keil, Claudia Schmidt, Stefano Mazzanti, Oleksandr Savateev, Lorena Perdigón-Toro, Dieter Neher, Thomas D. Kühne, Markus Antonietti, Nieves López-Salas, “Red Carbon”: A Rediscovered Covalent Crystalline Semiconductor, Adv. Mater. 2022

DOI: 10.1002/adma.202206405

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202206405

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