电子亲和力的释放：扁平富勒烯碎片拥有令人惊讶的化学能力

电子亲和力的释放：扁平富勒烯碎片拥有令人惊讶的化学能力即使没有富勒烯的对称性和曲率，所设计的保持五边形子结构的扁平富勒烯片段也显示出与富勒烯相同的电子接受特性。资料来源：YAP有限公司综合细胞材料科学研究所（iCeMS）的小组负责人深泽爱子说："我们的工作可以在广泛的应用中带来新的机会，例如半导体、光电转换装置、电池和催化剂。"Buckminsterfullerene（或简称'buckyball'）是一种分子，其中60个碳原子结合在一起，形成一个球形。它因与著名建筑师巴克明斯特-富勒设计的测地穹顶结构相似而得名，其独特的结构不断引起科学家的兴趣。巴克明斯特-富勒烯和相关的具有不同数量碳原子的球形碳簇被俗称为富勒烯，是以富勒的姓氏命名的。它们最吸引人的特征之一是接受电子的能力，这一过程被称为还原。由于其接受电子的特性，富勒烯及其衍生物已被广泛地研究为有机薄膜晶体管和有机光伏中的电子传输材料。然而，与其他传统的有机电子接受体相比，富勒烯是一类反常的材料，因为它们对接受多个电子具有强大的能力。理论化学家们提出了三个可能的因素，这些因素可能是富勒烯的电子接受能力背后的原因：整个分子的高度对称性，其碳原子的金字塔式排列的键，以及分布在六元环中的五边形子结构的存在。京都团队重点研究了五角环的影响。他们设计并合成了扁平的富勒烯片段，并通过实验证实，这些分子可以接受多达与其结构中五元环数量相等的电子而不发生分解。深泽说："这一惊人的发现突出了五边形子结构对于产生稳定的多电子接受系统的关键意义。"实验还显示，与富勒烯本身更有限的吸收能力相比，这些碎片显示出更强的紫外线、可见光和近红外光的吸收能力。这可能为光化学带来新的可能性，例如利用光来启动化学反应，或开发光传感器或太阳能系统。该团队现在将探索他们的扁平富勒烯碎片在与电子转移过程相关的大量应用中所拥有的可能性。在仅由碳组成的分子中获得如此高的电子接受能力是不寻常的，避免了在碳基框架上引入其他吸电子的原子或功能团的典型要求。然而，继续探索加入其他原子或化学基团的效果，可能会产生对化学特性的额外控制和多功能性。深泽说："我们希望通过利用它们的高自由度来探索结构修改的效果，开创我们称之为超级电子接受碳氢化合物的科学和技术。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1366929.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1366929.htm

科学家揭开了富勒烯经典足球形状分子的形成之谜

科学家揭开了富勒烯经典足球形状分子的形成之谜一个国际研究小组利用PSI的瑞士SLS同步辐射光源，成功地观察并了解了宇宙中富勒烯的形成。“我们是星尘，我们是金色的。我们是十亿年前的碳。”在他们在伍德斯托克表演的歌曲中，美国乐队Crosby、Stills、Nash&Young总结了人类的本质组成：星尘。任何对天文学稍有了解的人都可以证实这支美国乐队的话——行星和我们人类实际上都是由燃烧殆尽的超新星产生的尘埃和数十亿年前的碳化合物组成的。宇宙是一个巨大的反应堆，了解这些反应意味着了解宇宙的起源和发展——以及人类从何而来。过去，富勒烯及其衍生物在宇宙中的形成一直是个谜。这些碳分子呈足球、碗或小管的形状，于80年代首次在实验室中被创造出来。2010年，红外太空望远镜斯皮策在行星状星云Tc1中发现了具有足球特征形状的C60分子，称为巴基球。因此，它们是迄今为止已知存在于更远宇宙中的最大分子我们的太阳系。但它们实际上是如何形成的呢？来自火奴鲁鲁、迈阿密和天津的一组研究人员现已完成分子形成的重要反应步骤，并得到PSI和同步加速器真空紫外(VUV)光束线的积极支持光源瑞士SLS。“PSI提供独特的实验设施，这就是我们决定与PSI的PatrickHemberger合作的原因，”来自夏威夷大学檀香山分校的RalfKaiser说，他是该领域的国际领先研究人员。在PSI从事VUV光束线研究的科学家PatrickHemberger建造了一个微型反应器，用于实时观察富勒烯的形成。在1000摄氏度的温度下，在反应器中产生了环烯自由基(C20H9)。这个分子看起来像一个沙拉碗，好像是从C60巴基球上切下来的。这个自由基是高度反应性的。它与乙烯基乙炔(C4H4)发生反应，在碗的边缘沉积一层碳。“通过多次重复这个过程，分子会长成纳米管的端盖。我们已经设法在计算机模拟中证明了这种现象，”佛罗里达国际大学化学教授、该研究的作者之一亚历山大·梅贝尔解释说。但这并不是研究人员的唯一目标：“我们想证明这种反应在物理上是可能的，”RalfKaiser补充道。该反应产生不同的异构体——质量相同但结构略有不同的分子。使用标准质谱法，所有这些变体都会产生相同的信号。但是当使用团队采用的光电子光离子符合光谱法时，结果是不同的。“通过这种技术，测量曲线的结构可以得出关于每个异构体的结论，”PatrickHemberger解释说。RalfKaiser说：“宇宙包含着分子和化学反应的狂野丛林——并不是所有的分子和化学反应都可以在望远镜的信号中被清楚地分类。我们已经从模型中知道宇宙中同时存在环烯和乙烯乙炔。现在可以确认这些分子实际上构成了富勒烯的组成部分。这就是为什么PSI的实验对我们如此有价值。”但在NatureCommunications上的成功发表并不是故事的结局。研究人员希望进行更多实验，以了解经典的巴基球以及具有60个碳原子的足球形富勒烯分子和具有更多原子的微小纳米管是如何在宇宙中形成的。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1365199.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1365199.htm

天文学家解释了富勒烯的太空新源头

天文学家解释了富勒烯的太空新源头富勒烯于1985年被发现并获得诺贝尔奖，它是一种稳定的碳分子，由于其在太空中的存在和运输复杂分子的潜力，可能有助于了解宇宙的有机物质组织。上图描述了行星状星云M57的中心，由天文摄影师罗伯特-根德勒博士和约翰-波兹曼拍摄。图片来源：NASA/ESA这些分子是1985年在实验室中发现的，11年后，他们的三位发现者获得了诺贝尔化学奖。从那时起，许多观测证据都证明了它们在太空中的存在，特别是在像太阳一样大小的老恒星周围的气体云中，这些气体云被称为行星状星云，是恒星生命末期从外层排出的。由于这些分子高度稳定且难以破坏，人们认为富勒烯可以充当其他分子和原子的笼子，因此它们可能将复杂的分子带到地球，为生命的诞生提供了动力。因此，对它们的研究对于了解宇宙中有机物质组织的基本物理过程非常重要。光谱学对于搜索和识别太空中的富勒烯至关重要。通过分析原子和分子在光线中留下的化学足迹，光谱学使我们能够研究构成宇宙的物质。这些光谱显示了表明富勒烯存在的光谱线，但同时也显示了更宽的红外波段（UIR，英文缩写），这些波段在宇宙中被广泛探测到，从太阳系中的小天体到遥远的星系。领导这项研究的IAC研究员马尔科-戈麦斯-穆尼奥斯（MarcoA.GómezMuñoz）解释说："导致这种广泛存在于宇宙中的红外辐射的化学物质的鉴定是一个天体化学之谜，尽管人们一直认为它很可能富含生命的基本元素之一--碳。"为了识别这些神秘的波段，研究小组重现了行星状星云Tc1的红外辐射。对发射波段的分析表明，其中存在无定形氢化碳（HAC）颗粒。这些处于高度无序状态的碳和氢的化合物在垂死恒星的包层中非常丰富，可以解释这个星云的红外辐射。"我们首次将从实验室实验中获得的HAC光学常数与光离子化模型结合起来，从而再现了富勒烯含量非常丰富的行星状星云Tc1的红外辐射"，论文共同作者之一、IAC研究员DomingoAnibalGarcíaHernández解释说。对于研究小组来说，HAC和富勒烯同一物体的出现支持了这样一种理论，即富勒烯可能是在尘粒被破坏的过程中形成的，例如与紫外线辐射的相互作用，而紫外线辐射的能量要比可见光高得多。有了这项成果，科学家们为未来基于实验室化学和天体物理学合作的研究开辟了道路。戈麦斯-穆尼奥斯总结说："我们的工作清楚地表明，跨学科科学和技术在推动天体物理学和天体化学的基本进步方面具有巨大潜力。"编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1429259.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1429259.htm

研究人员实现用飞秒激光进行石墨烯纳米加工

研究人员实现用飞秒激光进行石墨烯纳米加工石墨烯于2004年被发现，它已经彻底改变了各种科学领域。它拥有高电子迁移率、机械强度和热导率等显著特性。人们投入了大量的时间和精力来探索它作为下一代半导体材料的潜力，催生了基于石墨烯的晶体管、透明电极和传感器等一系列有用部件。但是，为了使这些设备进入实际应用，关键是要有高效的加工技术，可以在微米和纳米尺度上构造石墨烯薄膜。通常，微/纳米尺度的材料加工和设备制造采用纳米光刻技术和聚焦离子束方法。然而，由于需要大规模的设备、冗长的制造时间和复杂的操作，这些都给实验室研究人员带来了长期的挑战。早在一月份，东北大学的研究人员创造了一种技术，可以对厚度为5至50纳米的氮化硅薄片进行微/纳米制造。该方法采用了飞秒激光，它发射出极短的快速光脉冲。事实证明，它能够在没有真空环境的情况下快速、方便地加工薄型材料。(a)激光加工系统的示意图。(b)石墨烯薄膜上32个激光点的形成。(c)经过多点钻孔的石墨烯薄膜的图像。通过将这种方法应用于石墨烯的超薄原子层，同一小组现在已经成功地进行了多点钻孔而不损坏石墨烯薄膜。他们的突破性细节于2023年5月16日在《纳米通讯》杂志上报道。东北大学先进材料多学科研究所的助理教授、该论文的共同作者YuukiUesugi说："通过对输入能量和激光射击次数的适当控制，我们能够执行精确的加工并创造出直径从70纳米--远小于520纳米的激光波长--到超过1毫米的孔。"通过扫描透射电子显微镜观察到的激光加工的石墨烯薄膜的图像。黑色区域表示打孔。白色物体表示表面污染物。资料来源：YuukiUesugi等人。在通过高性能电子显微镜仔细检查用低能量激光脉冲照射的区域时，上杉和他的同事发现，石墨烯上的污染物也已被清除。进一步的放大观察发现了直径小于10纳米的纳米孔和原子级缺陷，在石墨烯的晶体结构中缺少几个碳原子。石墨烯中的原子缺陷既是有害的也是有利的，这取决于应用。虽然缺陷有时会降低某些特性，但它们也会引入新的功能或增强特定的特性。通过高倍率透射电子显微镜获得的图像。红色区域表示纳米孔。蓝色区域表示污染物。箭头所指的位置存在原子缺陷。"观察到纳米孔和缺陷的密度随着激光射击的能量和数量成比例增加的趋势，使我们得出结论，纳米孔和缺陷的形成可以通过使用飞秒激光照射来操纵，"Uesugi补充说。"通过在石墨烯中形成纳米孔和原子级缺陷，不仅可以控制导电性，还可以控制量子级特性，如自旋和谷值。此外，这项研究中发现的通过飞秒激光照射去除污染物的方法可以开发出一种非破坏性和清洁地清洗高纯度石墨烯的新方法。"展望未来，该团队旨在建立一种使用激光的清洗技术，并对如何进行原子缺陷的形成进行详细调查。进一步的突破将对从量子材料研究到生物传感器开发等领域产生巨大影响。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1363301.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1363301.htm

变色晶体：揭开分子开关的未来

变色晶体：揭开分子开关的未来折叠和扭曲的异构体吸收不同波长的光。资料来源：菅原一马等人，《材料化学前沿》。2023年2月8日北海道大学和九州大学的研究人员开发了一种技术，从蒽醌二甲醚（AQD），一组过度拥挤的有机分子中合成潜在的分子开关。这项研究由北海道大学的石垣祐介副教授和九州大学的小野利和副教授领导，发表在《材料化学前沿》杂志上。新化合物的甲基衍生物有四种不同的异构体，各自有不同的晶体结构。资料来源：KazumaSugawara,etal.MaterialChemistryFrontiers.2023年2月8日"AQD是一种过度拥挤的乙烯，分子中的碳-碳双键被大型化学基团包围，"小野解释说。"它们有两种常见的异构体，即折叠的和扭曲的形式。它们作为分子开关特别有趣，因为它们的立体阻碍性双键可以提供吸收和发射不同波长的光的异构体。"AQD通常采用最稳定的折叠或扭曲形式，因此很难分离出任何其他异构体的纯样品来研究其特性。研究人员通过设计灵活的AQD衍生物克服了这一障碍，这些衍生物可以更容易和稳定地形成不同的异构体。当研磨成无定形固体并用适当的溶剂处理时，光的吸收和发射发生变化。资料来源：KazumaSugawara,etal.MaterialsChemistryFrontiers.2023年2月8日合成的衍生物不仅能够稳定地形成扭曲和折叠的异构体，而且在不同的溶剂中重结晶时还能形成其他的异构形式。研究人员对这些衍生物进行了详细分析，以充分了解它们的特性。北海道大学的作者TakanoriSuzuki（左）、KazumaSugawara（中）和YusukeIshigaki（右）。资料来源：石垣祐介在晶体状态下，这些异构体中的每一种都吸收和发射不同频率的光，这是由于异构体分子中电子分布的不同。有趣的是，当晶体被研磨成无定形固体时，光的吸收和发射发生了变化，用适当的溶剂处理后，可以产生原始的或其他具有各种颜色的晶体。YoshioYano（左）和ToshikazuOno（右），来自九州大学的作者。Credit:ToshikazuOno"这项工作是关于分离AQD多种异构体形式的第一份报告，"Ishigaki总结道。"它们对不同光频的吸收和发射，更重要的是，通过外部刺激调控吸收和发射的能力，使这些化合物成为开发分子开关的优秀候选者。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1353559.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1353559.htm

德国科学家研发出水基电路概念开关 比半导体效率高得多

德国科学家研发出水基电路概念开关比半导体效率高得多现在，波鸿鲁尔大学的研究人员已经开发出一种新型的电路，其开关速度比现有的半导体材料快得多。令人惊讶的是，关键成分是水，其中溶解了碘化物离子。一个定制的喷嘴将这些水扇出，形成一个只有几微米厚的扁平射流。接下来，一个短而有力的激光脉冲被发射到水柱中。这将使电子从溶解的盐中跳出，从本质上提高了水的导电性。第二个激光器可以读回水的状态，提供现有晶体管的"开"和"关"选项。由于激光脉冲是如此之快，水可以在皮秒（万亿分之一秒）的时间内切换状态。这意味着潜在的计算机速度在太赫兹（THz）范围内--也就是1000GHz，这比任何现有半导体的开关速度都快得多。当然，目前这只是一个概念，而基于水的电路究竟如何能够实际扩大规模还有待观察，但这仍然是一个引人入胜的想法。该研究发表在《APL光子学》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1335337.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1335337.htm