科学家们揭示了一种创新的方法来合成氮杂平面环（APCs），这是一类具有巨大潜力的高度先进的环状分子结构，广泛应用于材料科学。他们创新性的催化剂转移巨环化（CTM）方法简化了这些复杂巨环的生产，为有机电子学、光电学和超分子化学等领域的更高效、可扩展的应用铺平了道路，例如显示器、柔性太阳能电池和晶体管。
维也纳大学有机化学研究所的科学家们揭示了一种创新的方法来合成氮杂平面环（APCs），这是一类具有巨大潜力的高度先进的环状分子结构，广泛应用于材料科学。他们创新性的催化剂转移巨环化（CTM）方法目前已在《JACS Au》上发布，简化了这些复杂巨环的生产，为有机电子学、光电学和超分子化学等领域的更高效、可扩展的应用铺平了道路，例如显示器、柔性太阳能电池和晶体管。
APCs是由重复单元相互连接形成的完美形状的小分子环。这些巨环有机化合物具有独特的结构，使它们成为创新技术如光电应用（例如显示器）的宝贵基础构建块。多年来，APCs的合成一直是一个繁琐的过程，需要在困难条件下经过多个步骤。维也纳大学有机化学研究所的研究团队承担了简化这一过程的挑战，并取得了显著成功。
复杂分子环的快捷方式
新开发的CTM方法使用“Pd催化的Buchwald-Hartwig交叉偶联反应”，该反应有助于形成碳-氮键，以创建π共轭环状结构。“π共轭”指的是一种交替单键和双键的体系，允许电子的自由移动，增强材料的电子特性。CTM方法提供了一条直接而高效的途径，使APCs的生产变得更加容易。“通过这种方法，我们可以在短时间内、温和的条件下以高产率创建结构精确的APCs，使其更易于用于研究和工业应用，”维也纳大学的第一作者Josue Ayuso-Carrillo表示。该方法灵活，允许准备不同环大小（通常为4-9个成员）和功能团的APCs。它还可以在典型浓度条件下（35-350 mM）进行，使其具有可扩展性和可重复性，这与需要高度稀释介质的现有巨环化方案不同。
先进技术的游戏规则改变者
通过这种方法生产的APCs在有机半导体和太阳能技术等材料中具有巨大的潜力。由于其允许高效电子移动的π共轭结构，APCs可以应用于多个领域。在有机电子学中，它们可以提高显示器、太阳能电池和晶体管的效率和灵活性。有机电子学顾名思义是使用有机材料，这对于例如柔性太阳能电池是适用的。与通常使用能源密集处理的硅制成的平面太阳能电池相比，有机太阳能电池轻便，因此可以在非电网的非常规表面上使用。APCs的特性还改善了光收集系统，从而为太阳能转换和储存提供了更好的解决方案。在超分子化学中，APCs还可以用于创建先进的分子识别系统、传感器和催化剂。“CTM方法不仅是合成的突破，也是定制材料大规模生产的一块垫脚石，”维也纳大学的资深作者Davide Bonifazi解释道。“通过消除不必要的复杂性，我们打开了以往无法触及的新功能应用的大门。更重要的是，我们通过为相关领域的研究人员提供逐步指南，展示了我们方法的可重复性。”
从实验室到工业
CTM方法简化了高性能有机组件的合成，使其更适用于工业用途。其可扩展性确保了实验室发现到实际应用的过渡比以往更加顺畅。这项研究标志着将先进化学合成整合到日常技术中的一个关键步骤。随着工业推动可持续高性能材料的发展，这样的创新将帮助塑造材料科学的未来。
