出品：科普中国

作者：石畅（物理化学博士）

监制：中国科普博览

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在当今健康饮食的观念中，水果已然成为不可或缺的部分。它们不仅以丰富的色彩装点着我们的餐桌，更以独特的营养价值和口感挑逗着人们的味蕾。水果中富含的维生素、矿物质以及膳食纤维，为人体提供了全面的营养，默默地为我们的健康“保驾护航”。

维生素C

（图片来源：veer图库）

值得一提的是，水果中含有的维生素C以其卓越的抗氧化能力，在人体中发挥着重要作用。维生素C能够有效清除体内的自由基，减缓细胞老化过程，保护心脑血管健康。自由基是含有不成对电子的分子或原子团，它们高度活跃并倾向于与其他分子反应，从而破坏细胞结构和功能，导致氧化应激和细胞损伤。

维生素C仿佛是一位勤劳的卫士，在我们体内构建起一道坚实的防线，对抗外界的侵袭。想象一下，当你咬下一口鲜甜的橙子，那满口的果肉和汁水在满足味蕾需求的同时，还将参与到体内抗氧化的“战斗”。

那么，维生素C抗氧化能力的机理是什么呢？

维生素C，也被称为抗坏血酸，是一种水溶性维生素。维生素C抗氧化机理主要与其自身强大的还原性和清除自由基的能力有关。

清除自由基：维生素C能够与这些自由基反应，通过提供电子来稳定它们，从而阻止它们对细胞的进一步破坏。

再生其他抗氧化剂：维生素C不仅能直接清除自由基，还能通过再生其他抗氧化剂来组成抗氧化的网络，间接发挥抗氧化作用。例如，维生素E是细胞膜中主要的抗氧化剂，能够阻止脂质过氧化。然而，当维生素E与自由基反应后，它自身会转变为氧化型，从而失去抗氧化能力。此时，维生素C能够还原氧化型的维生素E，使其恢复抗氧化活性。

富含维的水果

（图片来源：veer图库）

维生素C的抗氧化性对我们有什么启发呢？

半导体被誉为现代科技的基石与未来创新的引擎，它不仅是电子信息产业的灵魂，更是驱动智能时代前行的核心动力。其中，有机半导体以其独特的分子结构、灵活的设计空间及环境友好的加工方式，开辟了一条通往高性能、低成本、环境友好型电子器件的“高速公路”。

但是，半导体也有它“脆弱”的一面。n型半导体又称电子型半导体，主要依靠自由电子导电，是发光二极管、互补电路等基本电气元件的重要材料。大部分n型半导体对环境中的水和氧非常敏感，容易被氧化造成电学性能和稳定性的衰减。这个问题一直以来困扰着整个半导体行业。如果给n型半导体“喂”维C，是否可以和人体一样获得抗氧化能力呢？

听着有道理，做起来也是可行的。2024年6月27日，中国科学家在《Nature Materials》期刊上发表了一篇关于利用维生素C提高n型有机半导体的性能和稳定性的文章，为解决n型有机半导体的稳定性难题提供了新的思路和方法。

研究成果发表于《Nature Materials》杂志

（图片来源：《自然-材料》杂志）

研究者利用维生素C具有抗氧化的作用，将维生素C旋涂在PTCDI-C8（一种n型有机半导体）薄膜的表面，使该半导体的光氧化降解速率降低为原来的十八分之一，极大地提高了n型有机半导体的抗氧化能力。

维生素C在n型有机半导体中是如何发挥作用的？

研究者利用稳定和瞬态荧光光谱对单线态氧（活性氧的一种形式）的磷光衰变寿命进行了追踪。实验结果表明，经维生素C旋涂处理后，单线态氧在空气中的寿命从2.7毫秒减少到1.7毫秒，活性氧的氧化能力被削弱。维生素C在n型有机半导体中的抗氧化原理与在生物体内类似，维生素C通过“自我牺牲”的方式，被氧化成脱氢抗坏血酸(DHA)，该过程可以有效清除活性氧，防止活性氧对半导体的氧化。

研究者还发现脱氢抗坏血酸也具有清除活性氧的作用，这就说明维生素C不仅可以抗氧化，其氧化后的产物也可以持续清除活性氧，带来更好的抗氧化效果。

维C，活性氧和PTCDI-C8的分子结构；b-c.紫外-可见吸收光谱；d-e.电子自旋共振信号图；f.单线态氧的磷光寿命图；g.重构SAS的目标分析；h.三重态时间轨迹图；i.稳定机理图.

（图片来源：参考文献1）

此外，研究者还揭示了维生素C通过“非牺牲”的方式助力n型有机半导体的抗氧化能力。具体来说，维生素C和氧化产物引入n型有机半导体后不会产生新的中间产物，但是会加速半导体中受能量激发而产生的三重态激子（可与氧反应生成活性氧）的衰败速率，有效阻断了活性氧的生成过程。

为验证维生素C对n型有机半导体器件稳定性的影响，研究者制备了PTCDI-C8有机场效应晶体管，并且在环境中暴露255天，结果表明涂有维生素C的晶体管的稳定性明显提升。将该策略应用于逆变器时，表现出理想的逆变电压和更高的增益值，并且具有优异的稳定性。

n型有机半导体的应用领域有哪些？

光电领域：n型有机半导体作为电子传输层，在有机太阳能电池中起着关键作用。它们能够高效地传输光生电子，减少电子在传输过程中的损失，从而提高太阳能电池的转换效率。

太阳能电池

（图片来源：veer图库）

有机场效应晶体管：在有机场效应晶体管中，n型有机半导体材料作为电子传输通道，实现了对电子的高效控制和放大，在电子标签、柔性显示屏和传感器等领域有着广泛的应用。

有机光电探测器：n型有机半导体在有机光电探测器中也展现出了独特的优势。它们能够高效地将光信号转换为电信号，在光通信、成像和传感等领域具有广泛应用。

折叠屏手机

（图片来源：veer图库）

结语

随着科技的飞速发展，跨学科合作已成为推动创新的重要力量。维生素C从水果到半导体的跨界之旅，不仅展示了自然界的智慧在高科技领域的无限可能，也为我们揭示了跨学科融合带来的巨大潜力。展望未来，我们有理由相信，随着跨学科合作的不断深入，更多类似的跨界应用将会涌现出来。让我们保持好奇心和开放的心态，共同见证科技创新带来的美好未来！

参考文献

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.张翔宇,汪茫,陈红征,等.有机半导体复合光导材料与器件的研究与发展[J].自然科学进展, 1999.

4.朱长林,张文彬,孙鹏,等.维生素C与维生素E的联合免疫调节及抗氧化作用[J].中国临床康复, 2006.

来源: 中国科普博览

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