高科技染料的綠色合成方法：推動有機電子產品發展！

近日，奧地利維也納技術大學製備並結晶一種染料，對於有機電子產品的發展非常有益。這種染料的製備過程僅僅需要水，雖然是在極不尋常的條件下。

背景

有機染料，給我們留下深刻的印象，不僅是因為它的絢爛色彩，而且更重要的是它的技術意義：有機染料是一種具有特別屬性的材料，從平面屏幕到電子紙張再到晶元卡，未來許多技術都將基於類似的有機分子。

然而，以前這種材料只有通過複雜的合成方法才能製備，且這些方法對於環境極度有害。

創新

然而，奧地利維也納技術大學的研究人員以全新的方式，成功地合成了有機染料的幾個典型代表。不同於以往，這種新方法用淡水取代有毒溶劑。

研究團隊：Florian Gl?cklhofer 博士、Michael Josef Taubl?nder、Martina Marchetti-Deschmann 教授、Miriam M. Unterlass 博士在討論研究成果。（圖片來源：維也納技術大學）

它是如何實現的呢？這項技術的關鍵在於，當水被加熱至極高溫度時，其特性會產生顯著改變。近日，這種新型製備方法的相關論文發表於科學期刊《Angewandte Chemie》。

《Angewandte Chemie》雜誌的封面內頁：通過相應的染料分子在水中結晶得到的紅色染料晶體。（圖片來源：維也納技術大學）

技術

維也納技術大學材料化學研究所的 Miriam Unterlass 表示：「如果你聽從起初的直覺，你實際上會懷疑，對於合成和結晶這些分子來說，水是最壞的溶劑。如此猜測的依據是，我們生產的染料是疏水的。」例如，如果你將一滴水滴到乾燥的燃料粉末上，這滴水就會滑落下來。染料無法與水混合。

（圖片來源：維也納技術大學）

但是，這種行為只適用於我們日常使用的水。然而，維也納技術大學的研究人員採用了在特殊的壓力容器中加熱至180°C的水。在這種情況下，壓力極具上升，因此儘管溫度很高，大部分的水仍保持液態。水的化學與物理特性在這種情況下也產生了急劇的改變。

Miriam Unterlass 解釋道：「冷的液態水的特性，被所謂的『氫鍵』強烈地影響。水分子之間的這些弱鍵不斷地被打破和重組。」在室溫條件下，平均起來，每個水分子隨時與三個或四個其他的水分子連接。在高壓鍋中，每個分子形成的氫鍵數量會減少。

Miriam Unterlass 解釋道：「這也意味著，高溫條件下比正常條件下，水中會出現更多的離子，一定數量的H2O水分子變為H3O+ 或 OH- 。」這樣會急劇地改變水的特性：在某種意義上，它會同時表現出酸性和鹼性。它既可以作為酸催化劑，也可以作為鹼催化劑，從而加速特定的反應，或者甚至使它們一開始就發生。

除此之外，高溫條件下，水中更多數量的離子，是使有機物質溶解的關鍵因素。在普通條件下，這些有機物質完全不溶於水。因此，研究人員研究的這些染料分子不僅可以在水中合成，也可以結晶。它們在足夠高的溫度下溶解於水，並在冷卻後結晶。

Miriam Unterlass 表示：「一般來說，製備或者結晶這種染料需要有毒溶劑。然而，在我們的案例中，純凈水擁有了我們所期望的溶液特性。你需要的只是壓力和熱量。」

價值

Unterlass 強調：「在高度結晶的狀態下，換句話說，分子水平上的高度有序，這些材料的電子特性得以改善。因此，更高水平地控制結晶過程，對於有機電子學的應用來說特別重要。」

然而，對於獲得的晶體，還有一些完全不同的潛在應用。Unterlass 說：「它們可以用在對染料要求相當苛刻的地方，這種應用的一個例子就是車漆，或者其他需要極端化學或溫度條件的領域，因為材料的結晶程度越高，它們也變得越穩定。」

關鍵字

染料、製備方法、有機電子

參考資料

【1】https://www.tuwien.ac.at/en/news/news_detail/article/126125/

【2】M. Josef Taublaender, Florian Gl?cklhofer, Martina Marchetti-Deschmann, Miriam M. Unterlass.Green and Rapid Hydrothermal Crystallization and Synthesis of Fully Conjugated Aromatic Compounds. Angewandte Chemie International Edition, 2018; DOI: 10.1002/anie.201808280

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