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445 肝帝的一周,Y系列材料到手(二合一大章,求订阅)(1/ 2)

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组会结束后,众人返回216。

过了一会儿,吴菲菲突然兴奋的说道:“我的签证通过啦,许秋、韩嘉莹你们也快去查查。”

许秋看了眼吴菲菲的电脑屏幕,浏览器上的页面是漂亮国签证中心,最上面标注着“Issued(已签发)”,下面则是申请人的AA码,护照签发时间,以及一段英文备注:“你的签证已经通过,如果10个工作日内未收到签证,请联系……”

“蛮快的嘛。”许秋随口回应了一句,然后和韩嘉莹也去查了一下,发现他们签证状态同样显示是“Issued”,于是说道:“我们的签证也通过了。”

“你们运气都挺好的呀,没有一个被审核,“就是不知道申请下来签证有效期限是多久……”田晴解释道:“像漂亮国旅游签证的有效期一共有几种档次,分别是3个月、1年、3年、5年、10年还有永久性有效,我之前办的旅游签证的有效年限是5年,相对来说算比较长的了。”

“对了,你们收到护照后,记得还要去EUVS网站上更新一下你们的资料,这个必须要在你们前往漂亮国之前进行更新,不更新的话之后的入境就会受到影响。”田晴顿了顿,又补充道:

“噢,还有这个网站是免费的,有时候直接千度的话,会搜索出来一个假的官网,然后会收取几十刀的手续费,记得不要被千度给坑了。”

吴菲菲笑着回应道:“没想到千度的业务拓宽的这么广泛啊,之前是接卖鞋的广告,接医院的广告,现在都成功和国际对接上了。”

……

吃过中饭,许秋只身前往江弯校区,他这周的工作计划是合成出Y系列受体材料,同时在实验的间隙完成《焦耳》文章的撰写。

韩嘉莹和邬胜男全部都留在了邯丹校区,学妹这周要制备基于PTQ1的电池器件,同时还要进行其他表征测试;博后学姐这周要和魏兴思实时沟通基金项目撰写的事情。

另外的两个本科生,殷后浪和徐心洁见状,都留在了邯丹校区。

其实,许秋并不介意亲自带一带两位新人,可新来的几个本科生在对待他的态度上都有些特殊……

怎么形容呢?大概是尊敬而又疏离,有点类似于他刚进组的时候看待魏兴思的感觉。

在不知不觉中,许秋学生的身份在悄然的褪去,逐渐向一个研究团队的领导者进行转变。

下午一点多,许秋到达江弯校区,首先来到先材四楼的学生办公室休整。

今天这边的大办公室居然有人搬了进来,三男一女,看起来是同一个课题组的。

许秋推测可能是其他课题组在江弯的实验室,已经装修的差不多了,打算响应学校的号召往江弯进行搬迁了。

不过这四个人,许秋一个都不认识,因此也没有和他们打招呼,直接拿出钥匙开门,进入里间的小办公室中。

扫视了一圈办公室,看到韩嘉莹的桌位后,许秋果断选择“鸠占鹊巢”,占领了学妹的位置。

因为学妹的这个椅子上有一个软垫,坐起来比较舒服,而且周边装饰的也非常好,可以令人心情愉悦,获得一个工作效率+10%的BUFF。

坐在椅子上,许秋打开笔记本电脑,开始规划实验方案,隐隐约约似乎还能闻到学妹留下来的味道,也不知道是不是错觉。

Y系列的受体材料,许秋在设计之初其实也是有“简化受体材料的合成步骤,降低受体材料成本”方面的考量。

比如Y5材料的合成,就是因为Y4用到的是合成难度比较高的ICIN-2F端基,所以才用ICIN-2Cl端基取而代之。

本来许秋没指望Y5的性能有多好,结果歪打正着,Y5的性能反而比Y4还要好,最高器件效率更是达到了14.8%。

这段时间,许秋还参照前期ITIC体系的经验,对Y5进行进一步的“优化”。

利用模拟实验室,许秋设计、合成了Y6-Y11,一共6种受体材料。

可惜的是,这些材料的器件性能并没有取得进一步的突破,仍然停留在12-14%效率的级别。

具体来说,Y6是相对于Y3进行的调控,将Y3端基的ICIN改为ICIN-M,算是和Y4、Y5属于同个系列的材料,器件效率虽然略差于Y4,但也达到了14%+。

之后的Y7-Y11都是相对于Y5进行的“改进”。

其中,Y7是将Y5中与NT单元相连接的噻吩并噻吩TT,替换为噻吩并噻吩并噻吩TTT,用来拓宽中央单元的共轭长度,最高效率12%+。

Y8、Y9是把Y5分子中NT单元氮原子上的侧链进行修饰,Y5用的是2-乙基己基,Y8用的是同样碳原子数量的直链烷基——正己基,而Y9用的是碳原子数量增加了4个的2-丁基癸基。Y8、Y9的效率均在13%+,没有超过Y5。

Y10、Y11是把Y5分子中NT单元与TT单元连接处N原子上的侧链进行修饰,Y5用的同样是2-乙基己基,Y10、Y11分别是正己基和2-丁基癸基,Y10、Y11的效率均在14%+,同样没有超过Y5。

这些实验结果表明,一方面Y系列材料的“底子”比较好,效率的平均水平都是在12%-14%,而之前ITIC系列的平均水平在10%-12%,再早一些的PDI系列,在6%-8%。

分子结构很大程度上决定了一种材料的性能上限。

另一方面,也说明Y5这种材料已经优化的较为完善。

如果想要进一步提升,就不能“小打小闹',而是需要对中央单元进行较大幅度的调整,比如将NT单元更换成其他单元。

许秋将脑海中产生了一系列想法,交由模拟实验室代为摸索。

他现在的当务之急,是先把初代的Y系列材料在现实中合成出来。

许秋的目标材料是Y3、Y4、Y5和Y6,这些材料的中央单元都是同一种,只有端基不同,可以“一锅端”,极大的节省时间。

至于Y1、Y2,暂时被他放弃了。

理论上也可以把它们合成出来,水两篇一区文章,但没那个必要。

甚至对于Y3-Y6这四种材料,许秋也不打算水太多的文章,因为现在他的目标只有一个,那就是CNS主刊。

假如每次优化一点点,就发表一篇文章的话,固然文章数量会多一些,或许能有五六篇AM、JACS、EES这种级别的文章,但可能会错失登顶CNS主刊的机会。

这不仅仅是为了系统任务,也是为了自己的科研生涯之路。

一篇《自然》的含金量,可比十篇AM都要高。

基本上有了一篇《自然》,在国内升到“杰青”的位置,就是时间的问题。

因此,许秋的打算是先憋一波大招,然后直接打出王炸,一次性把效率提到非常高。

比如达到有机光伏领域一个公认的门槛15%,甚至突破这个门槛,达到16%以上。

在这种情况下,冲击一篇CNS还是很有机会的。

可以想象一下,现在有机光伏的同行们还在为效率突破13%而努力(效率破13%的《自然·能源》还没发表),如果没过多久一篇文章直接把效率做到了15、16%,那将有多么的震撼。

具体的合成方案规划,因为Y3-Y6材料端基A单元是之前ITIC体系用到的ICIN衍生物,所以不需要重新合成,主要考虑的是中央D单元的合成。

其实,从严格意义上来讲,Y系列受体的分子结构,已经不是ITIC体系时ADA结构。

中央NT单元的性质接近于A单元,而NT两边的TT单元接近于D单元,再加上端基A单元,因此Y系列受体其实是一种类似ADADA结构的分子。

许秋推测,Y系列受体的这种ADADA分子结构,可能是导致其性能超越ITIC系列材料的一大原因。

当然,寻找性能提升的原因是之后的事情,现在还是要致力于材料的合成。

Y3-Y6的合成均需要六步反,其中前五步的合成步骤是完全一样的,因此可以只投一锅反应。

第一步,双溴取代的,氮原子上带有乙基己基侧链的苯并三唑(NT)单元,通过硝基化反应,在苯环剩余的两个反应位点上连接两个硝基,得到得到双溴、双硝基取代的NT单元。

第二步,将双溴、双硝基取代的NT和单三甲基锡取代的TT单元反应,得到TT-NT-TT的结构,其中NT上连接有两个硝基。

第三步,将TT-NT-TT分子中的硝基还原,并与相邻的TT单元成环,形成环状的仲胺(氨分子上的两个氢原子均烃基取代而生成的化合物),得到连续的稠环结构,共轭长度为7,即七个五元、六元环以稠环形式连接。此时,产物中存在位于TT-NT之间的仲胺,上面还有一个残留的氢原子,这是一个反应位点。

第四步,将第三步的反应物和溴代烷烃反应,用烷基取代仲胺上的氢原子,形成叔胺,实现在N原子上引入侧链的目的,得到最终的中央DAD单元。

第五步,中央DAD单元的醛基化反应,在中央DAD单元的两端连接两个醛基。

第六步,经过醛基化的DAD单元与ICIN、ICIN-2F/2Cl/M等A单元进行反应,得到Y3-Y6系列受体材料。

做好实验前准备工作后,许秋进入先材五楼的化学实验室,穿戴好防护装置,开始实验。

第一步反应,是在NT单元上面进行硝基化反应。

原料是双溴取代的NT单元,硝酸以及三氟甲磺酸。

其中,三氟甲磺酸是新试剂。

它又称三氟甲烷磺酸,易溶于水,低毒,用途广泛,是最强的有机酸之一,具有强腐蚀性、吸湿性,广泛用于医药、化工等行业。

从分子结构来讲,三氟甲磺酸就是硫酸分子中的一个氢原子被三氟甲基取代的产物,酸性比100%浓度的硫酸还要强。

在很多场合三氟甲磺酸可以替代传统的硫酸,盐酸等传统无机酸,起到优化改进工艺的作用。

考虑到NT单元比较便宜,而且这次最后要合成四种材料,对原料的需求比较多,再加上Y系列材料的光电性能,是已经经过模拟实验室验证过的,许秋也在模拟实验室中预演过相关的合成实验,因此他果断进行大批量合成。

首先,从烘箱中取出一只洗净烘干的两口烧瓶。

然后,称取反应物NT单体,10克,装入反应瓶。

接着,吸取浓硝酸,35毫升,加入反应瓶。

最后,吸取三氟甲磺酸,5毫升,加入反应瓶。

在用一次性滴管添加三氟甲磺酸的时候,许秋发现这玩意也会像发烟硫酸、发烟硝酸一样在空气中发烟,大概是因为它继承了硫酸的吸水性的缘故。

这步硝基化反应的难度并不大,因为对于双溴取代的NT单元,这种反应位点比较少的材料来说,可能发生的副反应比较少。

但如果反应位点比较多的话,硝基化反应就有些难度了。

比如许秋之前在做3D-PDI的时候,有一次做硝基化反应,结果直接合成出来若干种产物,且完全无法分离提纯,实验直接失败。

晚上,许秋处理好产物,用过柱子的方法进行提纯,这一步的产率很高,达到了93%。

不过,由于时间的关系,没办法继续进行第二步的反应。

主要是江弯这边没有床铺可以休息,因此必须赶在末班校车前结束实验,不然就只能打车或者骑着单车回邯丹校区了。

邯丹校区和江弯校区并不远,骑单车的话,据孙沃说半个小时就能到,不过许秋并没有尝试过,他暂时也不想尝试。

而孙沃之所以知道,是因为他入学后没有申请学生宿舍,依然保持着之前暑假时候每天骑车回家的习惯,对骑行这方面比较了解。

也不知道孙沃是单纯为了省每年一两千的住宿费,还是为了锻炼身体,或者有其他什么原因。

周二,许秋再次前往江弯校区。

继续第二步的反应,将昨日的反应物和单三甲基锡取代的TT单元反应。

这一步是小分子的Stille反应,副反应也不多,只需要尽可能的让所有的反应物全部都反应完毕即可,相对比较容易。

因此,许秋直接使用微波反应器,提供一个比较剧烈的反应条件,这样可以同时提升反应的产率,并缩短反应所需要的时间。

下午,许秋拿到粗产物,经过滤、旋蒸、过柱子,得到橘红色的产物,产率82%。

继续第三步反应,也就是硝基的还原。

用到的是提纯后的第二步产物和磷酸三乙酯,邻二氯苯作为反应溶剂,需要加热回流过夜。

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