Onderzoekers van de Universiteit van Kyoto hebben een nieuwe methode ontwikkeld voor de boriumdoping van tweedimensionale koolstofmaterialen, wat naar verwachting een veelbelovende benadering zal zijn voor de ontwikkeling van zeer efficiënte elektronentransporterende materialen voor organische elektronica.

Een cruciaal vraagstuk op het gebied van organische elektronica is de ontwikkeling van efficiënte elektronentransporterende materialen. De recente ontwikkeling van gatentransporterende materialen op het gebied van organische fotovoltaïsche energie heeft geresulteerd in een verbetering van de licht-naar-elektriciteit conversie-efficiëntie tot 10%, hoewel de elektronentransporterende materialen bijna zijn beperkt tot fullereenderivaten. De ontwikkeling van nieuwe elektronentransporterende materialen is daarom een ​​belangrijke stap voor de ontwikkeling van organische fotovoltaïsche materialen met aanzienlijk verhoogde licht-naar-elektriciteit conversie-efficiëntie. Een veelbelovende moleculaire ontwerpbenadering voor nieuwe elektronentransporterende materialen is de opname van booratomen (boriumdotering) in tweedimensionale koolstofnetwerken (Fig.1). Echter, om het concept van "borium-doping" met succes te implementeren in de ontwikkeling van deze materialen, het cruciale probleem van het stabiliseren van de resulterende boorbevattende organische verbindingen moet worden overwonnen.

De onderzoeksgroep stelde een nieuw concept voor de kinetische stabilisatie van boorhoudende materialen voor op basis van "structurele beperking" (Fig. 2). Ze hebben een effectieve synthetische methode ontwikkeld voor de synthese van modelverbindingen en toonden aan dat een reeks overeenkomstige boorbevattende koolstofmaterialen een hoog elektronenaccepterend vermogen vertoonden, evenals een hoge stabiliteit ten opzichte van lucht en warmte. Deze resultaten demonstreren een nieuw paradigma voor de kinetische stabilisatie van boorbevattende tweedimensionale koolstofpolycyclische skeletten in de afwezigheid van omvangrijke arylgroepen. Deze resultaten moeten bovendien de ontwikkeling mogelijk maken van een nieuwe klasse van fascinerende 2D-koolstofmaterialen met borium als het belangrijkste element. De toepassing van deze methode op in borium ingebed grafeen, polycyclische koolstofmaterialen met laag molecuulgewicht, evenals fullerenen en koolstofnanobuizen zouden leiden tot de ontwikkeling van uitstekende elektronentransporterende materialen die hogere licht-naar-elektriciteitsconversie-efficiënties in organische fotovoltaïsche energie kunnen realiseren.