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厦大研究者发现合成富勒烯电子受体材料的新原则

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有机/高分子太阳能电池是未来绿色能源的重要发展方向,富勒烯类电子受体材料广泛应用于有机/聚合物太阳能电池(以及钙钛矿太阳能电池)中。最近一项研究显示:光伏性能会受到富勒烯衍生物分子立体异构的影响,说明在设计新型富勒烯衍生物作为电子受体材料时还需考虑分子的立体异构因素。

研究者合成并分离了苯基丁酸甲酯的二加成C70衍生物(bisPC71BM)的两个立体异构体,发现尽管它们的光学性质和电子性质非常相近,但光伏性质却存在差别,说明立体异构现象将影响到太阳能电池的性能,进一步的晶体结构分析和理论研究表明,分子堆积的不同是造成光伏性能差异的主要原因。

目前应用最广泛的富勒烯电子受体材料依然是20年前发展起来的苯基丁酸甲酯加成的富勒烯衍生物PC61BMPC71BM,这类富勒烯的电子迁移率、光吸收、溶解度、电子亲和势、以及与给体材料的相容性等综合表现是迄今合成的富勒烯电子受体中最好的。

在过去的20年,人们一直想研发出电子迁移率更高、吸收光谱更宽、溶解度更大、电子亲和势更高、组装性能更好的电子受体材料,但困难比想象的大得多——首先要选择合适的富勒烯碳笼,其次要考虑功能基团的种类、单个富勒烯上连接的基团数量及加成位置等。虽然人们从未停止通过这些指导方针研发新型富勒烯电子受体的步伐,所合成的富勒烯电子受体材料也有数百种之多,但筛选出来的富勒烯衍生物的综合性能仍然不尽人意。是否还有其它原因研究者没有考虑到,从而导致光伏性能不佳?

带着疑问,该研究设计了以双加成的PC71BM的两个立体异构体(trans-bisPC71BM cis-bisPC71BM )为电子受体的聚合物太阳能电池,证实了这两个异构体虽然具有非常类似的LUMO水平、光谱吸收等,但所制备的太阳能电池性能表现存在一定差异(能量转换效率有7%的相对差别)。

深入研究表明,分子堆积的不同是导致它们光伏性能差异的主要原因,理论研究也确证不同的堆积方式导致了不同的电子迁移率和激子分离能力。因此,从实验和理论两个角度都证明了富勒烯的立体异构也会导致光伏性能的差异,从而为设计高效富勒烯电子受体材料提供了此前尚未被人们重视的立体异构体这一条新原则。

该原则的提出为有朝一日研发出具有高的电子迁移率、强的光吸收、大的溶解度、高的电子亲和势、好的组装性质等综合性能优异的富勒烯电子受体材料补充了新思路




英国科学家研发成功“内嵌式富勒烯”,被称为世界上最贵的材料


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据英国《每日电讯报》网站2015年12月5日报道,牛津大学去年建立的碳材料设计公司在生产“内嵌富勒烯”。“内嵌富勒烯”是一种由碳原子组成的笼形结构,笼内装有氮原子。这种材料将被用来制造小型便携式原子钟,原子钟是目前世界上最准确的计时系统。使无人驾驶汽车的GPS导航系统精确到1毫米。目前此类材料每克价值一亿英镑。

 报道称,目前GPS的精确度只能达到数米以内,这对无人驾驶汽车的推出来说是一大挑战。


引用自搜狐新闻频道


美国科学家研究发现富勒烯有生发功能


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美国Luna 公司用每毫升10微克的富勒烯衍生物涂抹人头皮14天, 对比结果见上图. 研究结果表明用富勒烯处理的人头皮局部区域毛囊生长旺盛。

引用:C.L. KepleyNanomedicine 5, 2009, 202


法国科学家研究发现富勒烯有长寿保健功能


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法国科学家将富勒烯溶于橄榄油中,在老鼠10-17个月每两周喂一次(每公斤体重喂4毫克富勒烯),对照组老鼠17-38个月死亡,而试验组寿命则延长至59-66个月,期间无论体重,还是生理表现无一异常。如上图。


引用:T. Baati, Biomaterials, 2012, 33, 4936-4946


中国科学院化学所利用金属富勒烯发明治疗恶性肿瘤分子刀:精准靶向阻断肿瘤血管


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中科院化学所王春儒团队利用磁性金属富勒烯设计了合适尺寸的水溶性纳米颗粒,这种纳米颗粒的特性是能够通过吸收射频提高内能,在几分钟至几十分钟后由于内能升高发生相变,并伴随着体积剧烈膨胀50%左右。然后他们将金属富勒烯纳米颗粒静脉注入到患恶性肿瘤的小鼠体内,数分钟后这些纳米颗粒抵达肿瘤位置并长时间卡在血管壁上。这时他们再对小鼠施加射频“引爆”这些纳米颗粒。研究结果发现,这些镶嵌在肿瘤血管壁上的金属富勒烯纳米颗粒“爆炸”时有效地破坏了肿瘤血管,而后迅速阻断对于肿瘤的营养供应,几个小时内就可完全“饿死”肿瘤细胞。如上图。

因为几乎所有的肿瘤细胞都连接在肿瘤血管上,而正常细胞只连接在正常血管上,因此这种方法能够异常精准地杀灭肿瘤而对正常生物组织和器官无害,可称之为针对实体肿瘤的“分子手术刀”。

引用:Chunru.Wang等, Science China materials, 2015, 10