出品：科普中國

作者：石暢（物理化學博士）

監制：中國科普博覽

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在當今健康飲食的觀念中，水果已然成為不可或缺的部分。它們不僅以豐富的色彩裝點著我們的餐桌，更以獨特的營養價值和口感挑逗著人們的味蕾。水果中富含的維生素、礦物質以及膳食纖維，為人體提供了全面的營養，默默地為我們的健康“保駕護航”。

維生素C

（圖片來源：veer圖庫）

值得一提的是，水果中含有的維生素C以其卓越的抗氧化能力，在人體中發揮著重要作用。維生素C能夠有效清除體內的自由基，減緩細胞老化過程，保護心腦血管健康。自由基是含有不成對電子的分子或原子團，它們高度活躍并傾向于與其他分子反應，從而破壞細胞結構和功能，導致氧化應激和細胞損傷。

維生素C仿佛是一位勤勞的衛士，在我們體內構建起一道堅實的防線，對抗外界的侵襲。想象一下，當你咬下一口鮮甜的橙子，那滿口的果肉和汁水在滿足味蕾需求的同時，還將參與到體內抗氧化的“戰斗”。

那么，維生素C抗氧化能力的機理是什么呢？

維生素C，也被稱為抗壞血酸，是一種水溶性維生素。維生素C抗氧化機理主要與其自身強大的還原性和清除自由基的能力有關。

清除自由基：維生素C能夠與這些自由基反應，通過提供電子來穩定它們，從而阻止它們對細胞的進一步破壞。

再生其他抗氧化劑：維生素C不僅能直接清除自由基，還能通過再生其他抗氧化劑來組成抗氧化的網絡，間接發揮抗氧化作用。例如，維生素E是細胞膜中主要的抗氧化劑，能夠阻止脂質過氧化。然而，當維生素E與自由基反應后，它自身會轉變為氧化型，從而失去抗氧化能力。此時，維生素C能夠還原氧化型的維生素E，使其恢復抗氧化活性。

富含維的水果

（圖片來源：veer圖庫）

維生素C的抗氧化性對我們有什么啟發呢？

半導體被譽為現代科技的基石與未來創新的引擎，它不僅是電子信息產業的靈魂，更是驅動智能時代前行的核心動力。其中，有機半導體以其獨特的分子結構、靈活的設計空間及環境友好的加工方式，開辟了一條通往高性能、低成本、環境友好型電子器件的“高速公路”。

但是，半導體也有它“脆弱”的一面。n型半導體又稱電子型半導體，主要依靠自由電子導電，是發光二極管、互補電路等基本電氣元件的重要材料。大部分n型半導體對環境中的水和氧非常敏感，容易被氧化造成電學性能和穩定性的衰減。這個問題一直以來困擾著整個半導體行業。如果給n型半導體“喂”維C，是否可以和人體一樣獲得抗氧化能力呢？

聽著有道理，做起來也是可行的。2024年6月27日，中國科學家在《Nature Materials》期刊上發表了一篇關于利用維生素C提高n型有機半導體的性能和穩定性的文章，為解決n型有機半導體的穩定性難題提供了新的思路和方法。

研究成果發表于《Nature Materials》雜志

（圖片來源：《自然-材料》雜志）

研究者利用維生素C具有抗氧化的作用，將維生素C旋涂在PTCDI-C8（一種n型有機半導體）薄膜的表面，使該半導體的光氧化降解速率降低為原來的十八分之一，極大地提高了n型有機半導體的抗氧化能力。

維生素C在n型有機半導體中是如何發揮作用的？

研究者利用穩定和瞬態熒光光譜對單線態氧（活性氧的一種形式）的磷光衰變壽命進行了追蹤。實驗結果表明，經維生素C旋涂處理后，單線態氧在空氣中的壽命從2.7毫秒減少到1.7毫秒，活性氧的氧化能力被削弱。維生素C在n型有機半導體中的抗氧化原理與在生物體內類似，維生素C通過“自我犧牲”的方式，被氧化成脫氫抗壞血酸(DHA)，該過程可以有效清除活性氧，防止活性氧對半導體的氧化。

研究者還發現脫氫抗壞血酸也具有清除活性氧的作用，這就說明維生素C不僅可以抗氧化，其氧化后的產物也可以持續清除活性氧，帶來更好的抗氧化效果。

維C，活性氧和PTCDI-C8的分子結構；b-c.紫外-可見吸收光譜；d-e.電子自旋共振信號圖；f.單線態氧的磷光壽命圖；g.重構SAS的目標分析；h.三重態時間軌跡圖；i.穩定機理圖.

（圖片來源：參考文獻1）

此外，研究者還揭示了維生素C通過“非犧牲”的方式助力n型有機半導體的抗氧化能力。具體來說，維生素C和氧化產物引入n型有機半導體后不會產生新的中間產物，但是會加速半導體中受能量激發而產生的三重態激子（可與氧反應生成活性氧）的衰敗速率，有效阻斷了活性氧的生成過程。

為驗證維生素C對n型有機半導體器件穩定性的影響，研究者制備了PTCDI-C8有機場效應晶體管，并且在環境中暴露255天，結果表明涂有維生素C的晶體管的穩定性明顯提升。將該策略應用于逆變器時，表現出理想的逆變電壓和更高的增益值，并且具有優異的穩定性。

n型有機半導體的應用領域有哪些？

光電領域：n型有機半導體作為電子傳輸層，在有機太陽能電池中起著關鍵作用。它們能夠高效地傳輸光生電子，減少電子在傳輸過程中的損失，從而提高太陽能電池的轉換效率。

太陽能電池

（圖片來源：veer圖庫）

有機場效應晶體管：在有機場效應晶體管中，n型有機半導體材料作為電子傳輸通道，實現了對電子的高效控制和放大，在電子標簽、柔性顯示屏和傳感器等領域有著廣泛的應用。

有機光電探測器：n型有機半導體在有機光電探測器中也展現出了獨特的優勢。它們能夠高效地將光信號轉換為電信號，在光通信、成像和傳感等領域具有廣泛應用。

折疊屏手機

（圖片來源：veer圖庫）

結語

隨著科技的飛速發展，跨學科合作已成為推動創新的重要力量。維生素C從水果到半導體的跨界之旅，不僅展示了自然界的智慧在高科技領域的無限可能，也為我們揭示了跨學科融合帶來的巨大潛力。展望未來，我們有理由相信，隨著跨學科合作的不斷深入，更多類似的跨界應用將會涌現出來。讓我們保持好奇心和開放的心態，共同見證科技創新帶來的美好未來！

參考文獻

1.Yuan, L., Huang, Y., Chen, X. et al. Improving both performance and stability of n-type organic semiconductors by vitamin C[J]. Nature Materials, 2024.

2.Huang W , Chen J , Yao Y ,et al.Vertical organic electrochemical transistors for complementary circuits[J].Nature,2023.

3.張翔宇,汪茫,陳紅征,等.有機半導體復合光導材料與器件的研究與發展[J].自然科學進展, 1999.

4.朱長林,張文彬,孫鵬,等.維生素C與維生素E的聯合免疫調節及抗氧化作用[J].中國臨床康復, 2006.

來源: 中國科普博覽

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