445 肝帝的一周，Y系列材料到手（二合一大章，求订阅）
《我有科研辅助系统》作者：肥美的韭菜 2021-04-23 07:40
  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。
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  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148%。
  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。
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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。
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  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。
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  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148%。
  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。
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