（图示为环对苯撑, 或纳米环, 其中掺杂了氮原子。俄勒冈大学的实验室研究中，Ramesh Jasti已经证明了氮和碳原子的结合，可以扩展这样结构的潜在效率和能力。图片来源: Courtesy of Ramesh Jasti）

当Ramesh Jasti开始使用碳原子制造微小的有机循环结构时，其当时的想法是改善正在开发的、用于电子或光学设备的碳纳米管。然而，他很快意识到他的技术还可能滚动得越来越大。

在新的文章中，Jasti和五位来自俄勒冈大学的同事表明，他的纳米环 - 化学上已知称为环对苯撑- 可以使用各种原子制成，而不只是由碳原子。他们设想这些圆形结构，其可有效地吸收和散发能量——会在太阳能电池，有机发光二极管或可作为新的传感器及用于药物的探针中。

这项研究由Jasti的博士生Evan R. Darzi领导，已经在一篇在线发表于American Chemical Society的ACS Central Science杂志的论文中有所描述。这篇论文是这个过程的原理验证，在这些新纳米环可以实现全面影响之前，还需要完成更多的研究，Jasti说。

这些几乎不到一个纳米的纳米环提供了一类新的结构——在具有长链聚合物和小尺寸低重量分子制成的分子之间的尺寸——用于能源和光器件，Jasti说，其作为第一个科学家，以博士后研究员的身份，在2008年首次在劳伦斯伯克利国家实验室的分子铸造实验室合成这些类型的分子。

“这些结构添加了工具箱，并提供了新的方法来制备有机电子材料，”Jasti说。 “循环化合物可以像数百个单元长那样表现，像聚合物，但其实只有六到八个单位左右。我们发现，通过加入非碳原子，我们能够改变光学和电子特性。”

纳米环帮助解决有关材料可控带隙的挑战——在价带和导带之间的能量，对于设计有机半导体是很重要的。目前长材料，例如那些基于聚合物的效果最好。

“如果你能控制带隙，那么你就可以控制光的发射，例如颜色，”Jasti说。 “在一个电子设备中，还需要将能级匹配到电极。在光伏器件中，你想捕捉的阳光，需要相匹配的带隙来提高效率并增强能力，以最佳方式排列各个部件。这些东西都依赖于分子的能量水平。我们发现，做出的纳米环越小，带隙越小。”

为了证明自己的做法可以奏效，Darzi同时使用碳原子和氮原子合成不同的纳米环，来探讨他们的行为。 “我们展示了带点的氮原子可以使纳米环变成电子的受体，而另一部分变成电子的供体，”Jasti说。

“增加其他元素，如氮，给我们提供了另一种方式来操纵的能量水平，除了纳米环的尺寸。现在，我们已经表明纳米环的属性可以容易地控制的，因此，这些分子代表了一类新的有机半导体——类似于2000年获得诺贝尔奖的导电聚合物，“他说。 “使用纳米环，你可以绑定其他的东西在圈中间，基本上是掺杂他们改变性质或者感应到被分析物，其使得通断开关”。

他早期制备的纳米环化合物是碳基的，希望能使他们有不同直径，然后结合他们，但他的团队不断看到独特的和意想不到的电子和光学性质。

Jasti是2013年国家科学基金会成就奖的得主，在2014年，他从波士顿大学化学与生物化学系带来了他的研究到俄勒冈大学。他说，正由他的同事在材料科学研究所完成的太阳能电池的研究，他也是其研究的一个组成成员，是在他决定搬到俄勒冈大学的一个重要因素。

“我们还没有在这些应用上得到很多，”他说。 “我们正在考虑这件事情。我们能够看到的是，我们可以很容易地操纵结构的能量水平，现在我们知道如何沿环的任何位置交换任何原子。这是关键的发现，其能对各种半导体应用中有用。

新材料在线编译整理——翻译：Gary      校正：摩天轮