Точный структурно-химический механизм, который вызывает интенсивное отклонение синего света во время этого преобразования, был предметом активных предположений до этого момента. Чтобы пролить свет на этот механизм, исследователи UCSB в лабораториях профессоров материаловедения Фреда Вудла и Рама Сешадри сообщают о первом наблюдении кристаллических бесконечных полимеров йодида, обнаруженных как часть комплекса пирролоперилен-йод, органического полупроводника, содержащего йод.
Их статья «Бесконечные полииодидные цепи в пирролоперилен-йодном комплексе» была недавно опубликована в Angewandte Chemie.«Каждый студент колледжа, изучающий вводную химию, изучает титрование йодида раствором тиосульфата в рамках учебной программы. Вы добавляете крахмал в качестве индикатора йода для определения конечной точки», — пояснил Сешадри. «Когда вы добавляете йод в раствор картофельного крахмала, он становится темно-сине-черным».Это комплексное превращение крахмала и йода, обнаруженное почти ровно 200 лет назад, используется в классах в качестве основного учебного пособия по химии и биохимии, например, для демонстрации действия амилозы, фермента, расщепляющего крахмал, в слюне человека или химии, лежащей в основе ручки для обнаружения фальшивых банкнот.
Перенесемся вперед два столетия научных открытий для исследователей UCSB, использующих метод, называемый спектроскопией комбинационного рассеяния, который наблюдает модели рассеяния света молекулы, которая может быть уникальным отпечатком пальца, для изучения йодных цепей в полупроводниковом пирролоперилен-йодном комплексе. Первоначально они намеревались изучить этот многообещающий органический полупроводниковый материал в рамках нового класса материалов для производства солнечной энергии, проекта, финансируемого Министерством энергетики США.
«Мы определили, что, когда йодид находится в присутствии йода и перемежается между молекулами пирролоперилена, образуется полимерная цепь», — пояснил Вудл. «Есть только один другой элемент, который может образовывать свою собственную полимерную цепь, и это сера». Одноэлементные полимерные цепи — это, мягко говоря, большая редкость.
«Проблема с полимерными цепями серы в том, что они не кристаллические», — продолжил Вудл. «Если нет молекулы, которая точно повторяется, вы не можете определить, где находятся все атомы». Кристаллическая структура полииодидной цепи — это то, что позволило исследователям материалов UCSB четко наблюдать йод в этой форме.По словам Вудля, только время покажет, что это открытие означает для будущего химии и материаловедения. «Если бы вы сказали кому-то в 1950-х, когда-нибудь появятся органические электронные материалы, они бы высмеяли вас из комнаты», — сказал он. «Открытие новых составов материи обычно приводит к новым концепциям, и эти концепции продвигают технологии в будущем».
Пока они согласились, что открытие представляет в основном академический интерес. «Если вы знаете, где находятся атомы, вы можете использовать эти знания для разработки вещей позже, таких как функциональные материалы для новой электроники», — сказал Сешадри. «На данный момент мы можем с уверенностью сказать, что это один из учебников химии».