許秋之前和深城那家光電公司要來的小樣,已經寄到了材一門房。
他忙取了回來,一共有七種聚合物給體材料,每種10毫克到20毫克不等,用的是小玻璃瓶包裝的,他也沒有刻意避諱其他人,簡單解釋了下來路。
材料呈現藍色、紫色或是黑色纖維狀,許秋檢查了一番後,很是滿意,將它們複製到模擬實驗室中,並傳入旋塗手套箱中保存。
昨天報導後,他順便在選課網站上選了課,這學期只有一門《畢業設計》,相當於沒有課,陳婉清博士二年級,課程已經全部修讀完畢,韓嘉瑩倒有兩門課,不過不在周一。
於是,午飯後,有機三人組乘坐校車前往張疆實驗室。
陳婉清上周完成了D單元的醛基化並成功提純,這周打算重新合成上周失敗了的A單元。
許秋和韓嘉瑩則打算繼續進行PDI體系的第三步反應,合成二聚體PDI。
PDI的二聚體有兩類,一種是橋接型,另一種是扭轉型。
橋接型的合成,兩分子的單溴代PDI和一分子的雙三甲基錫取代的D單元反應,生成PDI-D-PDI的結構,D單元可以是噻吩、雙噻吩、乙烯基等具有共軛結構的單元,反應原理是Stille反應,類似於之前合成聚合物給體分子,但由於PDI是單溴取代的,反應會停留在二聚體,而無法繼續反應生成聚合物。
扭轉型的合成是個新反應,兩分子的單溴代PDI,在鋅粉、零價鈀催化劑作用下,發生偶聯反應,得到PDI-PDI的結構,通常採用DMF作為溶劑。
雖然算是新反應,但兩個反應的難度並不大,屬於入門級的實驗。
辦公室中,只有許秋、韓嘉瑩二人在做實驗前的準備,陳婉清只是重複上周的實驗? 因此不需要準備工作。
「師兄? 我們怎麼分工?」韓嘉瑩坐在電腦問道。
「每人投兩個反應,一種橋接型? 一種扭轉型的? 」許秋隨意道:「就按照我們之前合成的順序吧,我做1號、2號? 你做3號、4號,1、3號橋接型? 2、4號扭轉型? 每種投100毫克試試水。」
「沒問題。」韓嘉瑩立刻開始操作手中的筆記本電腦,計算著各反應物的投料量。
之前她們在CHEMDRAW軟體中繪製過反應步驟,直接框選原料的分子結構,軟體就能計算出其相對分子質量。
將幾種原料、催化劑的相對分子質量? 輸入到預設的「投料質量計算」EXCEL中? 再輸入幾種試劑的投料當量,最後確定某一原料的初始質量,即可自動計算每種試劑的投料量。
幾分鐘後,韓嘉瑩手中拿起四張便簽紙,將其中兩張交給許秋? 問道:「師兄,等下的實驗有什麼注意事項嗎?」她已經養成了實驗前請教許秋的習慣了。
許秋想了想道:「一方面要保證無水無氧條件? 催化劑用的是零價鈀嘛,你應該懂的? 另一方面的話,要保證產物的純度? 等下反應前再點一次板確認一下。」
韓嘉瑩點點頭? 深以為然道:「有道理? 陳婉清學姐上周就是前車之鑑啊,七八個樣品點,就像糖葫蘆一樣。」
帶著便簽紙,兩人進入實驗室,將他們貼在通風櫥的玻璃上。
說起來,通風櫥的玻璃,在許秋進課題組前曾被段雲寫滿了記號,後來在吳菲菲和陳婉清的一致要求下,他才用乙醇、丙酮這些溶劑給擦洗乾淨了。
現在段雲幾乎不來張疆做實驗了,他的材料,包括N2200、PVDF以及幾種金屬納米線,都是找商業化的渠道購買,然後直接在邯丹的手套箱中完成製備,再用他自己搭設的測試設備進行測試。
而田晴新負責起來的鈣鈦礦量子點項目,之後倒是有可能要來張疆做合成。
……
開始實驗。
重蒸溶劑,這回的四個反應選擇的都是DMF溶劑,其實和以往一樣用甲苯,理論上也是可以的,不過文獻上寫的是DMF,他們也就沒有更換。
準備反應瓶,加入磁力攪拌子,準備氮氣球。
點板確認藥品純度,稱量藥品,加入溶劑,連接冷凝裝置、氮氣球,三抽三排。
加入催化劑,三抽三排,迅速升溫,外部貼鋁箔紙保護反應瓶。
搞定,橙紅色的溶液猶如一鍋番茄湯。
另外一個反應的步驟也是類似的,許秋很快再次搞定。
然後,他驚訝的發現,韓嘉瑩投反應的速度竟不慢於他多少,只落後他一分鐘不到。
想想也不奇怪,學姐做實驗屬於穩健型的,因而比較慢,學妹做實驗還是比較莽的,有點像他。
韓嘉瑩收拾著通風踹中的實驗垃圾,隨口問道:「這周我們要回邯丹做器件嗎?」
許秋想了想道:「等這次的產物提純後,回去做幾批器件吧。」
這主要是給學妹和魏老師一個交待,他們不似他有模擬實驗系統,可以直接拿到效率數據,其次,陳婉清之後幾天也要用到液相色譜儀,他們前往邯丹的話,剛好可以錯峰使用。
「師兄覺得效率能有多少呀?」
「我猜5%-6%吧,畢竟幾乎是完全重複現有體系的,總不能比文獻的數值還要高吧。」之前簡單PDI分子能達到3.5%,現在改性後的PDI二聚體達到5%以上,理論上並不難,除非是合成反應失敗了。
「可惜這個結果不能用來發文章。」
「那沒辦法,二聚體已經被研究很多年了,分子結構就有限,基本上能想到的結構都被發表了,」許秋話鋒一轉:「不過,3D-PDI的操作空間就大很多了,中間的核可以隨意調節,有非常多的可能性。」
「其實關於3D-PDI這段時間我也一直在思考,有了一些實驗想法。」
「哦,說來聽聽。」許秋眼前一亮,頓時有了興趣。
「常見有機光伏材料中,同為芳香環的噻吩環的應用明顯多於苯環,但第一篇3D-PDI的工作,他們採用的是三苯胺,並沒有引入噻吩。」韓嘉瑩頓了頓,繼續道:
「我覺得或許可以基於他們的體系進行改進,比如在苯環上連接三個,甚至四個噻吩,再和PDI分子相連,形成3D-PDI結構。」
「師兄,你覺得怎麼樣?」說完,韓嘉瑩滿臉期待的盯著許秋。
「這個想法不錯,有一定的可行性。」許秋自然不吝讚揚,學妹聽到後很是開心,眼睛眯成了一個小月牙。
之前大多數的時候都是他提出實驗想法,讓學妹執行,而現在她已經產生了自己的實驗想法,而且分析的還是有一定道理的。
這讓他不禁產生兒子終於養大了的感覺。
其實,這段時間許秋也沒有閒著,他抽空羅列出若干種可行的分子結構。
然後配合模擬實驗室的DFT模擬,排除掉一些空間位阻不合理的結構,得到十數種可行方案,而學妹的這個想法就是他的備選方案之一。
……
之後,許秋和韓嘉瑩提純了四種產物。
因為原料很純,且這步反應幾乎沒什麼副反應,得到的主要產物均只有一種,提純難度並不高。
產率大致在50-70%之間,只有幾十毫克的產物,不過倒也暫時夠用。
上周學妹送樣的表徵數據陸續返回,結果和許秋在模擬實驗室II中得到的近乎一致,收到消息後韓嘉瑩和陳婉清皆是一喜。
學妹是因為表徵結果驗證了她之前的猜想是正確的,而且之後她和許秋投的反應都是基於她的「推斷」,自然很開心。
學姐則是因為驗證了D單元是雙醛基取代的,可以安心的進行後置的反應。
此外,許秋他們也取得基於合成的PDI分子的第一批器件數據,效率最高值5.21%,體系是PCE10:PBI-5,器件當然是韓嘉瑩做的。
PBI就是PDI二聚體的名稱,後面再加上代表其側鏈碳原子數的數字,或是橋單元的名稱,比如PBI-5、PBI-2-T之類的。
許秋用模擬實驗室II,消耗12小時,1200積分,基於四種PDI二聚體受體,初步遍歷了一遍現有的給體庫,效率最高值是5.86%。
然後,收穫了兩個初步的實驗結論:
第一,橋接型的PDI二聚體比扭轉型的光電性能差,當然這只是個初步結論,因為變量還有很多,也可能和中間橋單元的選擇有關。
第二,在PDI分子二聚後,對側鏈碳原子的數量要求多於簡單PDI分子,許秋推測是因為單個分子的尺度變大了,所以需要更多的側鏈才能保證原有的溶解度。
總得來說,PDI體系的地基已經打實。
而有機三人組名義上的老大,陳婉清則一直留在張疆實驗室,甚至周六都跑過去加了一天班。
歷時兩周,終於功夫不負有心人,拿到了她合成出來的第一批A-D-A小分子,並被她命名為C1。
雖然許秋和韓嘉瑩都吐槽了這個命名,但學姐並沒有要改的意思,看來是打算放飛自我了。
然後,許秋在周日偷偷用模擬實驗室II幫她實驗了一下——基於當前給體庫,耗時5小時,初步遍歷得到的最高效率只有0.67%。
emmm……
也不知道學姐得到這個結果會做何感想。