445 肝帝的一周,Y系列材料到手(二合一大章,求订阅)
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%。
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。
这一步反应也不难,只需要小心的把各个试剂加入反应瓶中,然后搭建好设备即可。
唯一值得一提的是这次用到的新试剂,磷酸三乙酯,是一种无色液体,粘度较小,微带水果香味。
许秋当时在买药品的时候,差点错买成亚磷酸三乙酯。
这是因为亚磷酸三乙酯(Triethylphosphite)和磷酸三乙酯(Triethylphosphate)的英文名字实在是太像了,只有一个字母“i”和“a”的区别。
从这方面来看,中文的药品名称还是比较有优势的,多了一个“亚”字,一眼就能够看出来两者的差别。
也难怪漂亮国化学会的下设组织化学文摘社(CAS)会推出CAS号用来区分不同的物质,不然就这英文命名的相似程度,使用其他药品的时候,估计也会有不少人会弄错。
关键在于,对于化学试剂来说,差之毫厘谬以千里。
别看亚磷酸三乙酯和磷酸三乙酯只差一个字,分子结构上也只是后者比前者多了一个磷氧双键,理化性质上的差异会非常大。
比如磷酸三乙酯可以可以全溶于水,而亚磷酸三乙酯几乎不溶于水。
周三,继续实验。
许秋对第三步反应的产物进行后处理,直接通过旋蒸除去溶剂,得到的粗产物用于第四步的反应。
这一步不需要进行提纯,因为这里即使有副反应发生,形成副产物,也不会对接下来的实验造成影响,所以没有必要提纯。
在有机实验室做合成时,在保证实验不会失败的前提条件下,尽量的缩减实验步骤。
省下来的时间,不管是继续做实验,写写文章,还是划划水,都是非常好的。
第四步的反应是在仲胺上引入侧链,要用到第三步的产物、溴取代的乙基己基、碘化钾、碳酸钾,还有DMF溶剂。
当初许秋选择采用比较短小的2-乙基己基作为侧链,是考虑到NT单元上已经有一个侧链了,不需要再用比较长的侧链,就可以满足材料的基本溶解性需求。
后来Y10、Y11的结果,也表明许秋当初的想法是正确的。
这个反应需要在90摄氏度避光状态下,反应10小时。
晚上,许秋处理这步反应的产物,用乙酸乙酯萃取,水洗涤,干燥,过柱子。
因为材料的共轭结构没有太多的变化,所以得到的产物仍然是橘红色的。
对于有机光伏材料来说,主要显色的便是共轭结构,侧链对于材料颜色的影响相对比较小。
由于时间有限,许秋没有来得及投接下来的第五步反应。
周四,继续江弯实验。
不过,今天比较特殊,许秋这学期的课程都选在了这一天。
一大早,他给几个老师都发了一封邮件,诚恳的进行请假,表示:“有一个重要的连续实验需要进行,希望请假一天,望批准。”
说起来,许秋这学期还没有怎么翘过课。
主要是因为他现在都在系里出名了,以至于很多老师都认识他,因此也会在课堂上格外的“关照”他,经常让他来回答问题。
搞得许秋不太敢像本科时候那样肆无忌惮的翘课了,哪怕这些老师都不点名。
对于请假这件事情,其实,大多数老师要的就是一个态度,课你可以不来上,但要给我说一下,表示尊重,很少有老师会不批假的。
果然,许秋邮件刚发出去没多久,早上七八点的时候,就收到了来自老师们的邮件回复,表示准假。
今天是第五步反应,也就是上醛基的反应,需要用到液氮,给中央DAD单元的两端上醛基。
反应倒不是很难,就是比较麻烦,主要是江弯这边没有低温物理实验室,需要从邯丹校区带液氮过去。
而带着液氮,就不能坐校车,只能提着装好液氮的液氮容器,然后打车把液氮送过去。
最后,折腾了一天,到晚上许秋终于拿到了经由过柱子提纯后的第五步反应产物。
原本投了10克的NT原料,做到这一步,就只剩下克了。
不过,能有这个量还是完全可以接受的。
平均分配下来的话,Y3-Y6每种材料差不多都能合成出来1克以上,暂时也足够用了。
做完实验,许秋乘坐校车返回邯丹,又拖着疲惫的身体回到寝室,冲了个热水澡,疲惫感消退了不少。
现在升级成为直博生后,有了24小时热水供应,终于不用像本科生时候天天洗冷水澡了。
周五上午,许秋留在了邯丹校区。
今天他要履行作为助教的职责,一方面是对魏老师课程上本科生的PPT演讲进行考评,另一方面还要带领他们去参观实验室。
虽然许秋之前没有专门干过这些的事情,但在魏兴思组里这一年多的时间,积累了丰富的经验,处理这种事情对他来说并不难。
不得不说,在魏兴思组里干活,事情多是真的多,但也的确很锻炼人。
这门课选课的学生人数不多,只有寥寥数个,全部都到场了。
本来魏老师在学期初,还想让新来课题组的几个本科生去选他的课。
结果等魏兴思告诉他们的时候,选课时间已经过去了,没办法再修改课表了,最后只好作罢。
不过她们可以等下次魏兴思开课再选,基本魏老师的这门课可以稳定拿A,至少也是个B+。
毕竟是魏老师打分,肯定会给自己组里的学生一个好成绩。
虽然这样做是“看人给分”,有失公正,但怎么说呢,国情便是这样。
这也是历史的惯性,就比如“重男轻女”等封建残余,直到现在都没有完全清除干净。
首先是PPT演讲的考评,许秋没有麻烦其他人,自己单独把这些学生拉到材一三楼的小会议室中。
其实他想叫人过来帮忙还是比较容易的,比如拉莫文琳或者韩嘉莹过来。
但一来其他人也都非常的忙,两个人来考评,工作效率相当于直接减半,二来他毕竟拿了学校每个月发的几百块钱,拿了钱就要办事嘛。
后者也是魏老师的理念,比如他拜托许秋审核博士生毕业论文,或是副教授转正的材料,都是把审核费用给了许秋,他的主张是“谁干活谁拿钱”。
至于许秋他们帮忙审稿,这个确实没有什么实物层面的酬劳,毕竟审稿本身就属于义务劳动。
但换个角度来看,报酬其实已经收到了,就是比较虚,包括文章更加容易被接受,更加不容易被编辑直接拒稿等等。
学生们开始依次进行汇报,全英文的演讲。
其中有几个的英文稍微好点,有几个的英文稍微差一点,不过总体上讲的都还可以。
毕竟有勇气选全英文课程的学生,一般都是有两把刷子的,许秋之前都没有选全英文课程。
当然,他不选全英文的课程主要是因为怕麻烦,比如外教全英文授课的英语课,不仅给分不好,而且平常随堂作业还多,选这样的课程纯粹是自己给自己找虐。
许秋在听学生们汇报的时候,自己也没有闲着,一心两用,同步填写着自己的助教手册。
学校里的助教都会受到一本小册子,用来记录每节课上的情况,应到学生人数,实到学生人数,还有课程的主要内容,对课程的建议等等。
而许秋除了刚开始露过一面,之后就一直没有在课堂上出现过,现在只能靠想象来完成助教手册了。
其实,许秋也不是特例,大多数课程的助教都是这么干的。
基本上是开课的时候能见到一面,考试监考的时候能再见到一面,其他时候都没有人的。
主要是因为很多课程完全没有必要分配助教,就算分配了助教,也没必要每节课在课堂上面干坐着,但助教这类教学实践又是每个研究生必修的学分。
只能说学校里面很多的事情都非常的死板,同专业学生的培养方案几乎没有什么区别,比如必须做教学实践,必须听若干场讲座,必须在校级以上会议上做汇报等等。
可能也是因为现在研究生的数量太多了,学校不好管理,就只能进行一刀切。
而且有不少研究生并不是为了科研而读研究生的,而是就业式读研,也就是不想找工作,或者找不到好的工作,就先读个研拖个两三年。
这也是当代大学生内卷的一种体现,应届大学生难以找工作,有条件读研的自然倾向于换一个赛道,毕竟有些岗位是限定研究生的,读了研之后的选择就会更多。
学校这么死板的进行限制,或许也是在设定一个底线,让培养出来的硕士、博士不那么“难看”,至少要有那么些科研的素养吧。
学生们演讲完毕,许秋把这伙人拉到材一216实验室,参观了一番。
其中一个大三的妹子看到实验室后表示:“这里的面积这么小,居然放得下这么多仪器。”
许秋开玩笑道:“是啊,这一切都要归功于我们实验室的设计师,吴菲菲学姐。”
吴菲菲正在手套箱中做实验,听到这话后,没好气的看了许秋一眼。
其实,许秋也不完全是开玩笑,当初的吴菲菲在规划实验室的时候,愣是把只有30平米左右的空间,塞进去平常实验室60平米才能放进去的仪器和设备,空间利用率极高。
导致后面新买的仪器。比如TRPL甚至都只能放在魏老师的办公室了。
相比于吴菲菲当年遇到的情况,许秋之后设计江弯实验室的时候,那就简单多了,面积大,就是任性。
安排好这批本科生后,许秋下午再次前往江弯,继续实验。
韩嘉莹也跟着许秋一起过去了,两人连续几天相隔两地,甚是想念。
等两人一起到了先材四楼的办公室,学妹就发现她自己座椅的软垫上面有一个坑,顿时明白了什么,然后露出一幅嫌弃的模样。
许秋只好尴尬的笑了笑,这些天他实验进展确实很快,但大多数的时间还是在办公室里码字,肝《焦耳》的文章,因此就这样了。
为此,两人在办公室里“打了一架”。
最终的处理方案是,学妹又去新买了一个坐垫,原来的坐垫便归许秋所有了。
玩闹过后,两人进入实验室,开始进行最后一步反应。
许秋将得到的克中央DAD单元取出4克,一分为四,每份1克,分别与ICIN/ICIN-2F/ICIN-2Cl/ICIN-M反应,在吡啶、氯仿溶剂的环境下,搅拌回流过夜,目标产物Y3-Y6。
周六,两人继续爆肝实验,韩嘉莹也一起陪着许秋到江弯处理反应,过了四个柱子,终于拿到了Y3-Y6的四种产物。
一连工作七天,每天平均工作时间12小时,许秋表示有些虚。
好在平常身体锻炼的还不错,不然还真不一定能坚持下来。
当然,这一切都是值得的。
成功得到四组Y系列材料,接下来就是检验成果的时候了。
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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%。
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。
这一步反应也不难,只需要小心的把各个试剂加入反应瓶中,然后搭建好设备即可。
唯一值得一提的是这次用到的新试剂,磷酸三乙酯,是一种无色液体,粘度较小,微带水果香味。
许秋当时在买药品的时候,差点错买成亚磷酸三乙酯。
这是因为亚磷酸三乙酯(Triethylphosphite)和磷酸三乙酯(Triethylphosphate)的英文名字实在是太像了,只有一个字母“i”和“a”的区别。
从这方面来看,中文的药品名称还是比较有优势的,多了一个“亚”字,一眼就能够看出来两者的差别。
也难怪漂亮国化学会的下设组织化学文摘社(CAS)会推出CAS号用来区分不同的物质,不然就这英文命名的相似程度,使用其他药品的时候,估计也会有不少人会弄错。
关键在于,对于化学试剂来说,差之毫厘谬以千里。
别看亚磷酸三乙酯和磷酸三乙酯只差一个字,分子结构上也只是后者比前者多了一个磷氧双键,理化性质上的差异会非常大。
比如磷酸三乙酯可以可以全溶于水,而亚磷酸三乙酯几乎不溶于水。
周三,继续实验。
许秋对第三步反应的产物进行后处理,直接通过旋蒸除去溶剂,得到的粗产物用于第四步的反应。
这一步不需要进行提纯,因为这里即使有副反应发生,形成副产物,也不会对接下来的实验造成影响,所以没有必要提纯。
在有机实验室做合成时,在保证实验不会失败的前提条件下,尽量的缩减实验步骤。
省下来的时间,不管是继续做实验,写写文章,还是划划水,都是非常好的。
第四步的反应是在仲胺上引入侧链,要用到第三步的产物、溴取代的乙基己基、碘化钾、碳酸钾,还有DMF溶剂。
当初许秋选择采用比较短小的2-乙基己基作为侧链,是考虑到NT单元上已经有一个侧链了,不需要再用比较长的侧链,就可以满足材料的基本溶解性需求。
后来Y10、Y11的结果,也表明许秋当初的想法是正确的。
这个反应需要在90摄氏度避光状态下,反应10小时。
晚上,许秋处理这步反应的产物,用乙酸乙酯萃取,水洗涤,干燥,过柱子。
因为材料的共轭结构没有太多的变化,所以得到的产物仍然是橘红色的。
对于有机光伏材料来说,主要显色的便是共轭结构,侧链对于材料颜色的影响相对比较小。
由于时间有限,许秋没有来得及投接下来的第五步反应。
周四,继续江弯实验。
不过,今天比较特殊,许秋这学期的课程都选在了这一天。
一大早,他给几个老师都发了一封邮件,诚恳的进行请假,表示:“有一个重要的连续实验需要进行,希望请假一天,望批准。”
说起来,许秋这学期还没有怎么翘过课。
主要是因为他现在都在系里出名了,以至于很多老师都认识他,因此也会在课堂上格外的“关照”他,经常让他来回答问题。
搞得许秋不太敢像本科时候那样肆无忌惮的翘课了,哪怕这些老师都不点名。
对于请假这件事情,其实,大多数老师要的就是一个态度,课你可以不来上,但要给我说一下,表示尊重,很少有老师会不批假的。
果然,许秋邮件刚发出去没多久,早上七八点的时候,就收到了来自老师们的邮件回复,表示准假。
今天是第五步反应,也就是上醛基的反应,需要用到液氮,给中央DAD单元的两端上醛基。
反应倒不是很难,就是比较麻烦,主要是江弯这边没有低温物理实验室,需要从邯丹校区带液氮过去。
而带着液氮,就不能坐校车,只能提着装好液氮的液氮容器,然后打车把液氮送过去。
最后,折腾了一天,到晚上许秋终于拿到了经由过柱子提纯后的第五步反应产物。
原本投了10克的NT原料,做到这一步,就只剩下克了。
不过,能有这个量还是完全可以接受的。
平均分配下来的话,Y3-Y6每种材料差不多都能合成出来1克以上,暂时也足够用了。
做完实验,许秋乘坐校车返回邯丹,又拖着疲惫的身体回到寝室,冲了个热水澡,疲惫感消退了不少。
现在升级成为直博生后,有了24小时热水供应,终于不用像本科生时候天天洗冷水澡了。
周五上午,许秋留在了邯丹校区。
今天他要履行作为助教的职责,一方面是对魏老师课程上本科生的PPT演讲进行考评,另一方面还要带领他们去参观实验室。
虽然许秋之前没有专门干过这些的事情,但在魏兴思组里这一年多的时间,积累了丰富的经验,处理这种事情对他来说并不难。
不得不说,在魏兴思组里干活,事情多是真的多,但也的确很锻炼人。
这门课选课的学生人数不多,只有寥寥数个,全部都到场了。
本来魏老师在学期初,还想让新来课题组的几个本科生去选他的课。
结果等魏兴思告诉他们的时候,选课时间已经过去了,没办法再修改课表了,最后只好作罢。
不过她们可以等下次魏兴思开课再选,基本魏老师的这门课可以稳定拿A,至少也是个B+。
毕竟是魏老师打分,肯定会给自己组里的学生一个好成绩。
虽然这样做是“看人给分”,有失公正,但怎么说呢,国情便是这样。
这也是历史的惯性,就比如“重男轻女”等封建残余,直到现在都没有完全清除干净。
首先是PPT演讲的考评,许秋没有麻烦其他人,自己单独把这些学生拉到材一三楼的小会议室中。
其实他想叫人过来帮忙还是比较容易的,比如拉莫文琳或者韩嘉莹过来。
但一来其他人也都非常的忙,两个人来考评,工作效率相当于直接减半,二来他毕竟拿了学校每个月发的几百块钱,拿了钱就要办事嘛。
后者也是魏老师的理念,比如他拜托许秋审核博士生毕业论文,或是副教授转正的材料,都是把审核费用给了许秋,他的主张是“谁干活谁拿钱”。
至于许秋他们帮忙审稿,这个确实没有什么实物层面的酬劳,毕竟审稿本身就属于义务劳动。
但换个角度来看,报酬其实已经收到了,就是比较虚,包括文章更加容易被接受,更加不容易被编辑直接拒稿等等。
学生们开始依次进行汇报,全英文的演讲。
其中有几个的英文稍微好点,有几个的英文稍微差一点,不过总体上讲的都还可以。
毕竟有勇气选全英文课程的学生,一般都是有两把刷子的,许秋之前都没有选全英文课程。
当然,他不选全英文的课程主要是因为怕麻烦,比如外教全英文授课的英语课,不仅给分不好,而且平常随堂作业还多,选这样的课程纯粹是自己给自己找虐。
许秋在听学生们汇报的时候,自己也没有闲着,一心两用,同步填写着自己的助教手册。
学校里的助教都会受到一本小册子,用来记录每节课上的情况,应到学生人数,实到学生人数,还有课程的主要内容,对课程的建议等等。
而许秋除了刚开始露过一面,之后就一直没有在课堂上出现过,现在只能靠想象来完成助教手册了。
其实,许秋也不是特例,大多数课程的助教都是这么干的。
基本上是开课的时候能见到一面,考试监考的时候能再见到一面,其他时候都没有人的。
主要是因为很多课程完全没有必要分配助教,就算分配了助教,也没必要每节课在课堂上面干坐着,但助教这类教学实践又是每个研究生必修的学分。
只能说学校里面很多的事情都非常的死板,同专业学生的培养方案几乎没有什么区别,比如必须做教学实践,必须听若干场讲座,必须在校级以上会议上做汇报等等。
可能也是因为现在研究生的数量太多了,学校不好管理,就只能进行一刀切。
而且有不少研究生并不是为了科研而读研究生的,而是就业式读研,也就是不想找工作,或者找不到好的工作,就先读个研拖个两三年。
这也是当代大学生内卷的一种体现,应届大学生难以找工作,有条件读研的自然倾向于换一个赛道,毕竟有些岗位是限定研究生的,读了研之后的选择就会更多。
学校这么死板的进行限制,或许也是在设定一个底线,让培养出来的硕士、博士不那么“难看”,至少要有那么些科研的素养吧。
学生们演讲完毕,许秋把这伙人拉到材一216实验室,参观了一番。
其中一个大三的妹子看到实验室后表示:“这里的面积这么小,居然放得下这么多仪器。”
许秋开玩笑道:“是啊,这一切都要归功于我们实验室的设计师,吴菲菲学姐。”
吴菲菲正在手套箱中做实验,听到这话后,没好气的看了许秋一眼。
其实,许秋也不完全是开玩笑,当初的吴菲菲在规划实验室的时候,愣是把只有30平米左右的空间,塞进去平常实验室60平米才能放进去的仪器和设备,空间利用率极高。
导致后面新买的仪器。比如TRPL甚至都只能放在魏老师的办公室了。
相比于吴菲菲当年遇到的情况,许秋之后设计江弯实验室的时候,那就简单多了,面积大,就是任性。
安排好这批本科生后,许秋下午再次前往江弯,继续实验。
韩嘉莹也跟着许秋一起过去了,两人连续几天相隔两地,甚是想念。
等两人一起到了先材四楼的办公室,学妹就发现她自己座椅的软垫上面有一个坑,顿时明白了什么,然后露出一幅嫌弃的模样。
许秋只好尴尬的笑了笑,这些天他实验进展确实很快,但大多数的时间还是在办公室里码字,肝《焦耳》的文章,因此就这样了。
为此,两人在办公室里“打了一架”。
最终的处理方案是,学妹又去新买了一个坐垫,原来的坐垫便归许秋所有了。
玩闹过后,两人进入实验室,开始进行最后一步反应。
许秋将得到的克中央DAD单元取出4克,一分为四,每份1克,分别与ICIN/ICIN-2F/ICIN-2Cl/ICIN-M反应,在吡啶、氯仿溶剂的环境下,搅拌回流过夜,目标产物Y3-Y6。
周六,两人继续爆肝实验,韩嘉莹也一起陪着许秋到江弯处理反应,过了四个柱子,终于拿到了Y3-Y6的四种产物。
一连工作七天,每天平均工作时间12小时,许秋表示有些虚。
好在平常身体锻炼的还不错,不然还真不一定能坚持下来。
当然,这一切都是值得的。
成功得到四组Y系列材料,接下来就是检验成果的时候了。
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