रसायनज्ञ रंगों के इंद्रधनुष में कार्बनिक अणु बनाते हैं एमआईटी समाचार

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जुड़े हुए कार्बन युक्त छल्लों की श्रृंखलाओं में अद्वितीय ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक गुण होते हैं जो उन्हें अर्धचालक के रूप में उपयोगी बनाते हैं। इन श्रृंखलाओं, जिन्हें एसाइनेस के नाम से जाना जाता है, को प्रकाश के विभिन्न रंगों का उत्सर्जन करने के लिए भी ट्यून किया जा सकता है, जिससे वे कार्बनिक प्रकाश उत्सर्जक डायोड में उपयोग के लिए अच्छे उम्मीदवार बन जाते हैं।

एसिन द्वारा उत्सर्जित प्रकाश का रंग उसकी लंबाई से निर्धारित होता है, लेकिन जैसे-जैसे अणु लंबे होते जाते हैं, वे भी कम स्थिर होते जाते हैं, जिससे प्रकाश उत्सर्जक अनुप्रयोगों में उनके व्यापक उपयोग में बाधा आती है।

एमआईटी के रसायनज्ञों ने अब इन अणुओं को अधिक स्थिर बनाने का एक तरीका ढूंढ लिया है, जिससे वे विभिन्न लंबाई के एसेन्स को संश्लेषित कर सकते हैं। अपने नए दृष्टिकोण का उपयोग करके, वे ऐसे अणु बनाने में सक्षम थे जो लाल, नारंगी, पीले, हरे या नीले प्रकाश का उत्सर्जन करते हैं, जिससे एसिन को विभिन्न अनुप्रयोगों में कॉन्फ़िगर करना आसान हो सकता है।

एमआईटी में रसायन विज्ञान के नोवार्टिस एसोसिएट प्रोफेसर और नए अध्ययन के वरिष्ठ लेखक रॉबर्ट गिलियार्ड कहते हैं, “अणुओं के इस वर्ग में, उनकी उपयोगिता के बावजूद, उनकी प्रतिक्रियाशीलता प्रोफ़ाइल के संदर्भ में चुनौतियां हैं।” “इस अध्ययन में हमने जिस पहली चीज़ को संबोधित करने की कोशिश की वह स्थिरता की समस्या थी, और दूसरी बात, हम ऐसे यौगिक बनाना चाहते थे जहाँ आपके पास प्रकाश उत्सर्जन की एक ट्यून करने योग्य सीमा हो।”

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रंगीन अणु

एसेन्स में बेंजीन अणु होते हैं – कार्बन और हाइड्रोजन से बने छल्ले – एक रैखिक फैशन में एक साथ जुड़े होते हैं। क्योंकि वे साझा करने योग्य इलेक्ट्रॉनों में समृद्ध हैं और विद्युत आवेश को कुशलतापूर्वक परिवहन कर सकते हैं, उनका उपयोग अर्धचालक और क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर (ट्रांजिस्टर जो अर्धचालक में विद्युत प्रवाह को नियंत्रित करने के लिए विद्युत क्षेत्र का उपयोग करते हैं) में किया जाता है।

हाल के काम से पता चला है कि ऐसे सीन जिनमें कुछ कार्बन परमाणुओं को प्रतिस्थापित किया जाता है, या बोरान और नाइट्रोजन के साथ “डोप” किया जाता है, उनमें अधिक उपयोगी इलेक्ट्रॉनिक गुण होते हैं। हालाँकि, पारंपरिक एसेन्स की तरह, ये अणु हवा या प्रकाश के संपर्क में आने पर अस्थिर होते हैं। अक्सर, एसिनी को हवा के संपर्क से बचाने के लिए एक सीलबंद कंटेनर के अंदर संश्लेषित करना पड़ता है जिसे ग्लोवबॉक्स कहा जाता है, जिससे वे टूट सकते हैं। एसिनी जितनी लंबी होगी, वे ऑक्सीजन, पानी या प्रकाश द्वारा शुरू की गई अवांछित प्रतिक्रियाओं के प्रति उतने ही अधिक संवेदनशील होंगे।

एसेन्स को और अधिक स्थिर बनाने की कोशिश करने के लिए, गिलियार्ड ने एक लिगैंड का उपयोग करने का निर्णय लिया, जिस पर उनकी प्रयोगशाला ने पहले काम किया था, जिसे कार्बोडिकार्बेन के नाम से जाना जाता था। पिछले साल प्रकाशित एक अध्ययन में, उन्होंने स्थिरीकरण के लिए इस लिगैंड का उपयोग किया था बोराफ्लोरेनियम आयनकार्बनिक यौगिक जो तापमान परिवर्तन के जवाब में विभिन्न रंगों का प्रकाश उत्सर्जित कर सकते हैं।

इस अध्ययन के लिए, गिलियार्ड और उनके सह-लेखकों ने एक नया संश्लेषण विकसित किया, जिसने उन्हें बोरॉन और नाइट्रोजन के साथ डोप किए गए एसेन्स में कार्बोडिकार्बन जोड़ने की अनुमति दी। एक नए लिगैंड के शामिल होने से, एसेन्स सकारात्मक रूप से चार्ज हो गए, जिससे उनकी स्थिरता में सुधार हुआ और उन्हें अद्वितीय इलेक्ट्रॉनिक गुण भी मिले।

इस दृष्टिकोण का उपयोग करते हुए, शोधकर्ताओं ने ऐसे एसेन्स बनाए जो अलग-अलग रंग उत्पन्न करते थे, जो उनकी लंबाई और कार्बोडिकार्बिन से जुड़े रासायनिक समूहों के प्रकार पर निर्भर करता था। अब तक, संश्लेषित किए गए अधिकांश बोरॉन, नाइट्रोजन-डॉप्ड एसेन्स केवल नीली रोशनी उत्सर्जित कर सकते थे।

गिलियार्ड कहते हैं, “लाल उत्सर्जन अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए बहुत महत्वपूर्ण है, जिसमें इमेजिंग जैसे जैविक अनुप्रयोग भी शामिल हैं।” “कई मानव ऊतक नीली रोशनी उत्सर्जित करते हैं, इसलिए इमेजिंग के लिए नीली-फ्लोरोसेंट जांच का उपयोग करना मुश्किल है, जो कई कारणों में से एक है कि लोग लाल उत्सर्जक की तलाश में हैं।”

बेहतर स्थिरता

इन एसीनी की एक और महत्वपूर्ण विशेषता यह है कि ये हवा और पानी दोनों में स्थिर रहते हैं। कम समन्वय संख्या वाले बोरॉन युक्त आवेशित अणु (यानी, केंद्रीय बोरॉन परमाणु के कुछ पड़ोसी होते हैं) अक्सर पानी में अत्यधिक अस्थिर होते हैं, इसलिए पानी में एसेन्स की स्थिरता उल्लेखनीय है और इमेजिंग और अन्य चिकित्सा अनुप्रयोगों के लिए उनका उपयोग संभव हो सकता है। .

गिलियार्ड कहते हैं, “इस पेपर में हम जिन यौगिकों के बारे में रिपोर्ट कर रहे हैं, उनके बारे में उत्साहित होने का एक कारण यह है कि उन्हें पानी में निलंबित किया जा सकता है। इससे संभावनाओं की एक विस्तृत श्रृंखला खुलती है।”

शोधकर्ता अब यह देखने के लिए विभिन्न प्रकार के कार्बोडिकार्बेन को शामिल करने का प्रयास करने की योजना बना रहे हैं कि क्या वे बेहतर स्थिरता और क्वांटम दक्षता (सामग्री से कितनी रोशनी उत्सर्जित होती है इसका एक माप) के साथ अतिरिक्त एसेन्स बना सकते हैं।

गिलियार्ड कहते हैं, “हमें लगता है कि बहुत सारे अलग-अलग डेरिवेटिव बनाना संभव होगा जिन्हें हमने अभी तक संश्लेषित भी नहीं किया है।” “बहुत सारे ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक गुण हैं जिन्हें डायल किया जा सकता है जिन्हें हमें अभी तक तलाशना बाकी है, और हम इसके बारे में भी उत्साहित हैं।”

गिलियार्ड ने इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग के एमआईटी प्रोफेसर मार्क बाल्डो के साथ काम करने की भी योजना बनाई है, ताकि नए एक्ने को एकल-विखंडन-आधारित सौर कोशिकाओं के रूप में ज्ञात सौर कोशिकाओं में शामिल करने का प्रयास किया जा सके। इस प्रकार का सौर सेल एक फोटॉन से दो इलेक्ट्रॉनों का उत्पादन कर सकता है, जिससे सेल अधिक कुशल हो जाती है।

गिलियार्ड का कहना है कि ऐसे यौगिकों को टेलीविजन और कंप्यूटर स्क्रीन के लिए प्रकाश उत्सर्जक डायोड के रूप में उपयोग के लिए भी विकसित किया जा सकता है। कार्बनिक प्रकाश उत्सर्जक डायोड पारंपरिक एलईडी की तुलना में हल्के और अधिक लचीले होते हैं, उज्जवल चित्र बनाते हैं और कम बिजली की खपत करते हैं।

“हम अभी भी विशिष्ट अनुप्रयोगों को विकसित करने के प्रारंभिक चरण में हैं, चाहे कार्बनिक अर्धचालक, प्रकाश उत्सर्जक उपकरण या एकल-विखंडन-आधारित सौर सेल, लेकिन उनकी स्थिरता के कारण, उपकरण निर्माण सामान्य से अधिक सरल होना चाहिए। इस प्रकार के यौगिकों के लिए,” गिलियार्ड कहते हैं।

टीओ-गान ओंग कहते हैं, “प्रतिक्रियाशील जीरोवैलेंट कार्बन और धनायनित बोरॉन प्रजातियों के संयोजन से, अपरंपरागत नमूने के साथ यह रचनात्मक कार्य निश्चित रूप से अत्यधिक वायु और फोटोस्टेबल प्रकाश उत्सर्जक सामग्री और लघु ऊर्जा संचयन उपकरणों के विकास की दिशा में एक आशाजनक मार्ग प्रशस्त करता है।” चीन में एकेडेमिया सिनिका में रसायन विज्ञान संस्थान के उप निदेशक, जो शोध में शामिल नहीं थे।

इस शोध को अर्नोल्ड और माबेल बेकमैन फाउंडेशन और नेशनल साइंस फाउंडेशन मेजर रिसर्च इंस्ट्रुमेंटेशन प्रोग्राम द्वारा वित्त पोषित किया गया था।

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