稠合含碳环链具有独特的光电特性，使其可用作半导体。这些被称为并苯的链也可以被调节以发出不同颜色的光，这使得它们成为有机发光二极管的良好候选者。

并苯发出的光的颜色由其长度决定，但随着分子变长，它们也变得不太稳定，这阻碍了它们在发光应用中的广泛使用。

麻省理工学院的化学家现在想出了一种使这些分子更加稳定的方法，使它们能够合成不同长度的并苯。利用他们的新方法，他们能够构建发出红、橙、黄、绿或蓝光的分子，这可以使并苯更容易在各种应用中部署。

麻省理工学院诺华化学副教授、这项新研究的资深作者罗伯特·吉利亚德(RobertGilliard)说：“尽管这类分子很实用，但它们在反应性方面存在挑战。”“我们在这项研究中首先试图解决的是稳定性问题，其次，我们希望制造出可以调节光发射范围的化合物。”

麻省理工学院的研究科学家Chun-LinDeng是这篇论文的主要作者，该论文今天发表在《自然化学》杂志上。

多彩分子

并苯由苯分子(由碳和氢组成的环)以线性方式稠合在一起组成。由于它们富含可共享电子并且可以有效地传输电荷，因此它们已被用作半导体和场效应晶体管(使用电场来控制半导体中电流流动的晶体管)。

最近的研究表明，一些碳原子被硼和氮取代或“掺杂”的并苯具有更有用的电子特性。然而，与传统的并苯一样，这些分子在暴露于空气或光线时不稳定。通常，并苯必须在称为手套箱的密封容器内合成，以防止它们暴露在空气中，从而导致它们分解。并苯越长，它们就越容易受到氧气、水或光引发的不良反应的影响。

为了使并苯更加稳定，吉拉德决定使用他的实验室以前使用过的配体，即碳二碳烯。在去年发表的一项研究中，他们使用这种配体来稳定硼氟离子，这种有机化合物可以根据温度变化发出不同颜色的光。

在这项研究中，吉拉德和他的合著者开发了一种新的合成方法，使他们能够将碳二碳烯添加到也掺杂有硼和氮的并苯中。随着新配体的添加，并苯变得带正电，这提高了它们的稳定性并赋予它们独特的电子特性。

利用这种方法，研究人员创造了并苯，根据其长度和碳二碳烯上附着的化学基团的类型，可以产生不同的颜色。到目前为止，大多数合成的硼、氮掺杂并苯只能发出蓝光。

“红光发射对于广泛的应用非常重要，包括成像等生物应用，”吉拉德说。“许多人体组织都会发出蓝光，因此很难使用蓝色荧光探针进行成像，这也是人们寻找发射器的众多原因之一。”

稳定性更好

这些并苯的另一个重要特征是它们在空气和水中保持稳定。具有低配位数(意味着中心硼原子几乎没有邻居)的含硼带电分子在水中通常高度不稳定，因此并苯在水中的稳定性值得注意，并且可以使其用于成像和其他医学应用。

“我们对本文中报道的一类化合物感到兴奋的原因之一是它们可以悬浮在水中。这开启了广泛的可能性，”吉利亚德说。

研究人员现在计划尝试合并不同类型的碳二碳烯，看看它们是否可以创造出具有更好稳定性和量子效率(材料发出多少光的量度)的额外并苯。

“我们认为有可能制造出许多我们尚未合成的不同衍生物，”吉利亚德说。“有很多我们尚未探索的光电特性可以利用，我们对此也感到很兴奋。”

吉利亚德还计划与麻省理工学院电气工程学教授马克·巴尔多(MarcBaldo)合作，尝试将新的并苯融入一种称为单裂变太阳能电池的太阳能电池中。这种类型的太阳能电池可以从一个光子产生两个电子，从而使电池更加高效。

吉利亚德说，这些类型的化合物还可以开发用作电视和电脑屏幕的发光二极管。有机发光二极管比传统LED更轻、更灵活，可产生更明亮的图像，并且功耗更低。

“我们仍处于开发特定应用的早期阶段，无论是有机半导体、发光器件还是单态裂变太阳能电池，但由于其稳定性，器件制造应该比典型的更顺利对于这类化合物，”吉拉德说。