在追求新一类光伏材料的过程中,加州大学圣巴巴拉分校的研究人员发现了一个完全不同的发现,这个发现解决了几个世纪以来的化学之谜:为什么当淀粉添加到混合物中时,碘溶液会变成蓝黑色?
在此转变期间导致蓝光强烈偏转的确切结构-化学机制一直是主动推测的主题,直到这一点。在这种机制的基础上,UCSB研究人员在材料教授FredWudl和RamSeshadri的实验室中首次发现了晶体无限碘化物聚合物的观察结果,这种聚合物被发现作为吡咯并-碘-碘络合物的一部分,这是一种含有碘的有机半导体。他们的论文“Pyrroloperylene-IodineComplex中的无限多碘化物链”最近在AngewandteChemie上发表。
“每个参加入门化学的大学生都学会用硫代硫酸盐溶液滴定碘化物作为课程的一部分。你加入淀粉作为碘的指示剂来检测终点,”Seshadri解释道。“当你在溶液中加入马铃薯淀粉中的碘时,会变成深蓝色-黑色。”
这种淀粉-碘复合物转化几乎就在200年前发现,在教室中被用作化学和生物化学的基础教学工具,例如证明直链淀粉的作用,分解淀粉的酶,人体唾液或后面的化学反应伪造钞票检测笔。
使用一种称为拉曼光谱的技术向UCSB研究人员快速进行两个世纪的科学发现,该技术观察可以作为独特指纹的分子的光散射模式,以研究半导体吡咯亚戊基-碘络合物中的碘链。他们最初开始研究这种有前景的有机半导体材料,作为一种新型太阳能发电材料的一部分,该项目由美国能源部资助。
“我们确定,当碘化物存在碘并散布在吡咯并芘分子之间时,形成聚合物链,”Wudl解释说。“只有一种其他元素可以形成自己的聚合物链,这就是硫磺。”至少可以说,单元素聚合物链是罕见的。
“硫聚合物链的问题在于它们不是结晶的,”Wudl继续道。“如果没有分子以精确的方式重复,你无法确定所有原子的位置。”多碘化物链的晶体结构使UCSB材料研究人员能够清楚地观察到这种形式的碘。
根据Wudl的说法,这一发现对化学和材料科学的未来意味着什么,只有时间会证明。“如果你在20世纪50年代曾告诉过某人,那么有一天他们就会把有机电子材料嘲笑出来,”他说。“发现新的物质成分通常会带来新的概念,而这些概念将推动技术发展。”
目前,他们同意,这一发现主要是学术兴趣。“如果你知道原子在哪里,你可以利用这些知识来开发新东西,比如新电子产品的功能材料,”Seshadri说。“在这个时候,我们可以自信地说这是化学教科书的一部分。