Onderzoekers van de Universiteit van Nagoya hebben een uniek molecuul gesynthetiseerd met een verrassende eigenschap:het kan bijna-infraroodlicht absorberen. Het molecuul is alleen gemaakt van waterstof- en koolstofatomen en biedt inzichten voor het maken van organische geleiders en batterijen. De details zijn gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie .

Organisch chemicus Hiroshi Shinokubo en fysisch organisch chemicus Norihito Fukui van Nagoya University werken aan het ontwerpen van nieuwe, interessante moleculen met behulp van organische, of koolstofhoudende, verbindingen. In het labortorium, ze synthetiseerden een aromatische koolwaterstof genaamd methoxy-gesubstitueerd als-indacenoterryleen. Dit molecuul heeft een unieke structuur, omdat de methoxygroepen zich intern bevinden in plaats van aan de periferie.

"In eerste instantie we wilden zien of deze koolwaterstof nieuwe fenomenen vertoonde vanwege zijn unieke structuur, ' zegt Fukui.

Maar tijdens hun onderzoek de onderzoekers ontdekten dat ze het konden omzetten in een nieuwe komvormige koolwaterstof genaamd as-indacenoterryleen.

"We waren verrast toen we ontdekten dat dit nieuwe molecuul bijna-infraroodabsorptie vertoont tot 1300 nanometer, " legt Shinokubo uit.

Het unieke aan as-indacenoterryleen is niet dat het nabij-infrarood licht absorbeert. Andere koolwaterstoffen kunnen dit ook. as-indacenoterryleen is interessant omdat het dit doet ondanks dat het slechts uit 34 koolstof- en 14 waterstofatomen bestaat, zonder andere soorten stabiliserende atomen aan de rand te bevatten.

Toen de wetenschappers elektrochemische metingen uitvoerden, theoretische berekeningen, en andere testen, ze ontdekten dat as-indacenoterryleen intrigerend stabiel was en ook een opmerkelijk smalle opening had tussen zijn hoogst bezette moleculaire orbitaal (HOMO) en zijn laagste onbezette moleculaire orbitaal (LUMO). Dit betekent dat het molecuul twee elektronisch verschillende subeenheden heeft, een die doneert en een andere die elektronen onttrekt. De nauwe HOMO-LUMO-spleet maakt het gemakkelijker voor elektronen om in het molecuul te worden geëxciteerd.

"De studie biedt een effectieve richtlijn voor het ontwerp van koolwaterstoffen met een nauwe HOMO-LUMO-gap, dat is het fabriceren van moleculen met naast elkaar bestaande elektronendonerende en elektronenzuigende subeenheden, ", zegt Fukui. "Deze moleculen zullen nuttig zijn voor de ontwikkeling van vastestofmaterialen van de volgende generatie, zoals organische geleiders en organische batterijen."

Het team is vervolgens van plan om andere nabij-infraroodabsorberende aromatische koolwaterstoffen te synthetiseren op basis van de ontwerpconcepten die in dit huidige onderzoek zijn verzameld.

De studie, "as-Indaceno [3, 2, 1, 8, 7, 6-ghijklm] terryleen als nabij-infrarood absorberend C70-fragment, " werd gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie .