解密百年歷史之謎——碘與淀粉的反應

材料牛注：為何碘液遇到淀粉會變為深藍色？加州大學圣巴巴拉分校的研究人員在研究新的光伏材料時，意外發現結晶無限大碘聚合物，這是吲嗪二萘嵌苯碘合物的一部分，是含有碘的有機半導體，從而闡明了這一化學上的百年歷史之謎。

到目前為止，人們一直積極探索碘液遇到淀粉變為深藍色這一變化過程中藍光產生強烈偏差的準確結構化學機制。UCSB實驗室的研究人員——材料教授Fred Wudl和Ram Seshadri首次報道稱發現結晶無限大碘聚合物，這是吲嗪二萘嵌苯碘合物的一部分，是含有碘的有機半導體，從而闡明了這個問題。他們的論文——Infinite Polyiodide Chains in the Pyrroloperylene-Iodine Complex——最近發表在Angewandte Chemie期刊上。

Seshadri解釋說，“每個大學生在最初學習化學時都會學到用硫代硫酸鹽溶液來滴定碘，這是這門課程的一部分。我們添加淀粉來檢測是否含有碘。 當你把碘液加入馬鈴薯淀粉溶液中時，它就會變成深藍色。”

這種淀粉——碘之間的復雜變化幾乎在200年前就已經被發現，并在教室中用作化學和生物化學的基礎教學工具，如表明直鏈淀粉的作用——在人的唾液中酶會分解淀粉，或化學偽鈔檢測筆背后的化學反應。

UCSB的研究人員兩個世紀以來科學成果發展迅速，他們使用一種拉曼光譜技術，該技術通過觀察分子或特定指紋的光散射圖案，來研究在半導體吲嗪二萘嵌苯碘合物中的碘鏈。他們最初研究這種大有前景的有機半導體材料是把它作為一類新的太陽能發電材料，這是美國能源部資助的一個項目的。

Wudl說，“我們可以確定的是，當碘化物以碘的形式存在并分散于吲嗪二萘嵌苯分子間時，就會形成聚合物鏈。 只有一種元素可以形成自己的聚合物鏈，那就是硫”。至少我們可以說，單元素聚合物鏈是罕見的。

Wudl繼續說，“硫磺聚合物鏈的問題是它們沒有結晶。如果沒有分子準確地重復排列，你就不能確定所有原子的位置”。UCSB的材料研究人員可以清晰地觀察到多碘化物鏈的晶體結構中碘準確地重復排列。“這個發現對化學和材料科學的未來意味著什么，只有時間才能告訴我們。如果你在20世紀50年代告訴別人某天會出現有機電子材料，他們會嘲笑你異想天開。新物質成分的發現通常伴隨著新的概念，而正是這些概念驅動技術的發展。”

現在，他們已經認同了發現主要源于學術興趣這一觀點。 Seshadri說，“如果你知道原子的位置，以后就可以運用這些知識發展新的東西，比如為新電子產品發現功能材料。現在，我們可以自信地說，這一發現源于化學課本。”

原文鏈接：A rare iodine polymer discovery is key to starch-iodine mystery

文獻鏈接：Infinite Polyiodide Chains in the Pyrroloperylene-Iodine Complex

本文由編輯部楊洪期提供素材，王冰編譯，點我加入材料人編輯部