带电卟啉研究堆积离子对性质的关键

当原子或分子失去或获得电子从而获得电荷时，就会产生离子。当两个带相反电荷的离子结合时，会产生离子对。不同离子对对其所在材料的物理性质的影响已得到广泛研究，因为它可以导致新功能电子材料的产生。

特别感兴趣的是对π电子离子对的研究，因为它们能够利用分子间相互作用来产生尺寸受控的组件。这些对于创建新的电子材料很有用。

这些相互作用(称为“iπ−iπ相互作用”)导致离子堆积成π堆积离子对(π-sips)。控制这些π-sips的电子态可以产生π-堆叠自由基对(π-srps)。这两者都具有用于创建电子材料的吸引人的特性，但由于制备和结构确定方面的困难而没有得到太多研究。

为了解决这个问题，日本立命馆大学前田博光教授领导的研究小组使用带电卟啉合成并研究了π-sips和π-srps。这项研究随后发表在美国化学学会杂志上。

根据前田教授的说法，“本研究中研究的带电卟啉不同于具有电子中性核心和外围带电取代基的卟啉衍生物，并且比它们更具优势。我们发现带有金属离子的卟啉可用于产生π-sips和π-srps，从而帮助我们研究它们的结构和特性。”

研究人员首先利用软硬酸碱理论进行离子对复分解反应，合成卟啉离子对，收率为59%~85%。然后使用光谱法和单晶X射线分析对这些进行了表征。研究人员发现，卟啉离子在溶液中形成固态组装和π-sips。此外，给电子基团和吸电子基团的引入分别激活了阴离子和阳离子。

阳离子和阴离子的这种激活导致能够控制π-sips的电子状态，从而产生π-srps。由于溶剂极性和光激发，π-srps的产生通过电子转移发生。研究人员还观察了π-srps中随温度变化的自旋分布变化。“自旋-自旋相互作用受到异质π电子系统的堆叠结构的影响，这是源自π-sips的π-srps的特征，”Maeda教授说。

“研究离子对作为离散化学物质的特性对于功能材料的开发至关重要。这些新材料将在纳米磁性、催化反应和铁电体等领域有多种不同的应用，从而创造出新型电池和存储设备，”他总结道。