有机太阳能电池在电子领域有着广泛的应用,特别是在可穿戴设备等新型电子设备的开发中。通常,这些电池是由有机半导体分子组成的,重量轻,坚固耐用。因此,寻找开发这些半导体分子的新策略一直是全球许多科学家的目标。但通常,合成这些分子需要使用昂贵的稀有金属催化剂。这不仅导致制造成本高,而且金属催化剂被污染的可能性使该过程具有挑战性。
为此,在一项发表于安吉旺特化学国际版冈山大学的一个研究小组,包括Seiji Suga教授和Koichi Mitsudo副教授,开发了一种新的反应体系来合成硫代二烯衍生物——有机半导体合成的关键组成部分。科学家们致力于通过环境友好反应——有机电解,构建碳硫(C-S)键。Suga教授解释说:“我们专注于C-S键,因为它们在制药和材料科学领域丰富而重要,例如某些抗抑郁药和抗真菌药物。”
传统上,碳硫键是通过一种称为“过渡金属催化交叉耦合”的方法构建的,这需要使用稀有金属催化剂。这使得反应昂贵,因此不可行。因此,在这项研究中,科学家们专注于一种不同的方法,称为“电化学碳杂原子键形成”,这是一种需要温和条件的生态友好反应。虽然过去已经报道了几种新的电化学碳杂原子偶联反应,但这些反应直到现在还没有被用来合成噻吩。Suga教授说:“在过去的几年里,我们对开发合成噻吩烯的新方法很感兴趣,噻吩烯衍生物在有机电化学方面有着良好的记录,是有用的有机材料的有吸引力的候选者。”
在建立了他们的研究基础之后,科学家们进一步挖掘,寻找新的电化学方法来合成硫代苊。他们发现,在“溴”离子的存在下,期望的C-S键的形成很顺利,而“溴”离子是反应的有力促进剂。利用这一策略,科学家们成功地合成了一种被称为“π扩展噻吩衍生物”的噻吩衍生物。有趣的是,这项研究是第一个报道成功的C-S键合成噻吩衍生物。Suga教授解释说:“我们的研究首次报道了一种电氧化脱氢反应,可以为硫庚烯产生C-S键。我们发现溴离子作为卤素介质催化促进反应,对反应至关重要。”
这项研究提供了希望,在未来,有机半导体分子可以使用一种低成本的技术来生产,而不需要使用昂贵的金属催化剂。Suga教授总结道:“这项研究的关键在于‘电化学合成’方法,这是一种清洁的可再生能源。”通过这些发现,冈山大学的科学家们希望在对环境影响最小的情况下实现可持续的有机合成。因此,这项研究也是实现联合国可持续发展目标的重要一步,从而促进人类更美好的未来。
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