超分子化学

Meera -钻石研究的一个令人兴奋的领域是合成新的、特殊的分子，被称为超分子化学，这个领域的先驱是来自牛津大学的哈里·安德森。

我对具有强耦合电子的有机分子很感兴趣，并且经常使用非共价的、弱的、可逆的相互作用来控制它们的性质。

米拉:这些是什么类型的分子?

它们往往是有色化合物，有点像染料，我们使用的很多分子都是由卟啉构成的，卟啉是一种天然色素。但我们研究的这些物质并不是自然产生的，我的意思是我们自己从头开始制造它们但它们与使血液变红和草变绿的化合物有关。

米拉:所以你实际上是在构建分子，然后从那里开始使用它们吗?

Harry:是的，我们从非常简单的原料开始合成，然后制造化合物并设计化合物。所以我们正在制造以前从未在任何地方存在过的化合物，所以我们有兴趣了解它们的性质并将这些性质与分子结构联系起来。

Meera:你制造的实际分子相当大，那么你是如何从头开始构建这些分子的呢?

哈利:这是一种经典的有机合成，只不过我们也经常使用模板。模板是一个分子，你可以在它周围构建另一个分子，当你把它们连接在一起时，它决定了组件在正确位置的形状，然后你可以移除模板。所以我们已经开发出使用模板制造更大分子的新方法。

Meera:那是不是希望他们也能有一些新的应用呢?

哈利——是的，当然。我们研究的这种分子有强耦合电子，这意味着它们通常是半导体。有机半导体在器件中有一个重要的应用领域，比如显示器件，电致发光显示器，以及它们与光的相互作用。它们通常是荧光的，并且具有不同寻常的与光相互作用的方式，可用于光开关设备。我们使用的一些材料会产生单线态氧，这在医学上很有用。

米拉，你能举一个你最近研究过的分子的例子吗?那么你是如何开始制作它的，你为什么想要制作它，也许它现在可以有一些用途?

哈利-其中一种让我们感到兴奋的分子是分子线，它们呈环状而不是直的。所以我们一直在研究，我们称之为分子线的东西，它是直的分子，可以向下传递电子，但最近我们意识到，可以把这些分子做成环。所以挑战的一部分是把分子线做成一个环，然后观察环周围的电荷迁移率，但是对于这类特殊的分子，在这里识别应用并不容易，但我们认为它可能有不寻常的性质，也许是磁性，可以让它们表现得像磁性线的小环。所以我们只是在研究它们的行为。

Meera -第一批被创造出来的线性分子线的应用是什么?

Harry -是的，可能在分子电子学中，这意味着分子尺度的电子学，晶体管或分子尺度上的电子设备，随着集成电路变得越来越小，最终的微型化。所以很多人都在这个领域工作，但离有用还有很长的路要走。另一方面，在大规模生产的设备中，使用大量的材料，如太阳能电池，也可能是有机晶体管，拥有能够有效转移电荷的材料是很有用的。分子线可能是某种材料的组成部分，比如太阳能电池。

米拉:那么圆形表格会有不同的应用吗?你提到过它们可能会改变磁场等等。所以改变它们的形状可以赋予它们不同的属性和其他用途?

Harry -是的，就像一根电线，如果它是螺线管形状的，它的行为就和它是直线形状的大不相同。这是分子的神奇之处之一改变形状，考虑形状，通常与性质有关。

米拉-你是怎么利用戴蒙德的?你如何使用同步辐射来帮助这个过程?

哈利:从结构上描述了我们制造的化合物，证明了它们确实是我们认为的化合物，并获得了关于形状的信息。我们在戴蒙德使用两种技术;溶液的小角度x射线散射，对于获得分子形状的低分辨率信息非常有用。它以前在合成分子中应用不多，但在蛋白质中应用很多，它很有用，因为你不需要培养晶体，你可以用一个化合物和一个稀释的溶液，从小角度的x射线散射你可以得到分子的三维形状的信息。我们在Diamond使用的另一种方法是x射线晶体学，它能提供比溶液散射更高分辨率的信息。

Meera:有没有一种特定的分子是你迄今为止最成功的，就你在这方面所取得的成就而言?

哈利:嗯，我想我们主要研究的是卟啉分子线。也许他们最成功的原因是他们是如此的多才多艺。一组类似的分子可以在医学和光动力疗法和光动力疗法中有潜在的应用，也可以在分子电子学中有很多其他潜在的应用，它们有如此丰富的性质。

Meera - Harry Anderson，牛津大学化学教授。