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कोबाल्ट (द्वितीय) फ़ेथलोसाइनिनएक ऑर्गेनोमेटेलिक कॉम्प्लेक्स है, इसकी आणविक संरचना का केंद्र चार नाइट्रोजन परमाणुओं से बना एक मैक्रो रिंग है, और इसके चारों ओर चार फ़ेथलोसाइनिन बेंजीन रिंग हैं। यह एक गहरे नीले रंग का पाउडर या दाना है, जो कमरे के तापमान और वायुमंडलीय दबाव पर अनुचुंबकीय होता है। यह सामान्य कार्बनिक सॉल्वैंट्स, जैसे टोल्यूनि, डाइमिथाइलफॉर्मामाइड, क्लोरोफॉर्म और ट्राइक्लोरोइथाइलीन में आसानी से घुलनशील है। उच्च तापीय स्थिरता है। हवा में, इसे विघटित होने के लिए उच्च तापमान की आवश्यकता होती है, इसलिए इसका उपयोग उच्च तापमान स्थिर प्रकाश संवेदनशील सामग्री और इलेक्ट्रॉनिक उपकरण के रूप में किया जा सकता है। अच्छे विद्युत गुणों के साथ, इसमें फोटोकंडक्शन, चालन और फोटोइलेक्ट्रिक रूपांतरण के लिए अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला है। इसके अलावा, इसमें आणविक पहचान और बायोसेंसर में संभावित अनुप्रयोग हैं। अणु के अंदर, Co(II) आयन चार आसन्न नाइट्रोजन परमाणुओं के साथ समन्वय बंधन बनाते हैं, जिससे पूरा अणु एक अष्टफलकीय संरचना बन जाता है। इसके समृद्ध भौतिक और रासायनिक गुणों और व्यापक अनुप्रयोग संभावनाओं के कारण, इसका रंगों और रंगद्रव्य, फोटोसेंसिटाइज़र, फोटोसेल, बायोसेंसर और रासायनिक उत्प्रेरक के क्षेत्र में महत्वपूर्ण अनुप्रयोग हैं।

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रासायनिक सूत्र |
C32H16CoN82- |
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सटीक द्रव्यमान |
571 |
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आणविक वजन |
571 |
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m/z |
571 (100.0%), 572 (34.6%), 573 (5.8%), 572 |
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मूल विश्लेषण |
सी, 67.26; एच, 2.82; एन, 19.61; सह, 10.31 |

कोबाल्ट(II) फथलोसाइनिन(सीओपीसी), केंद्रीय धातु आयन के रूप में कोबाल्ट के साथ एक धातु कार्बनिक यौगिक के रूप में, अपनी अद्वितीय संयुग्मित मैक्रोसाइक्लिक संरचना, स्थिर रासायनिक गुणों और उत्कृष्ट भौतिक गुणों के कारण उत्प्रेरक, ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक सामग्री, पर्यावरण प्रशासन, ऊर्जा भंडारण, बायोमेडिसिन इत्यादि जैसे कई क्षेत्रों में अपूरणीय अनुप्रयोग मूल्य का प्रदर्शन किया है।
कोबाल्ट फ्थालोसायनिन के उत्प्रेरक गुण इसके अत्यधिक संयुग्मित π - इलेक्ट्रॉन प्रणाली और कोबाल्ट आयनों के प्रतिवर्ती रेडॉक्स गुणों से उत्पन्न होते हैं, जो इसे कार्बनिक संश्लेषण, ऊर्जा रूपांतरण और पर्यावरणीय उपचार के लिए एक कुशल उत्प्रेरक बनाते हैं।
1. कार्बनिक संश्लेषण उत्प्रेरण
ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया: कोबाल्ट फ़ेथलोसाइनिन अल्कोहल के ऑक्सीकरण को एल्डिहाइड/कीटोन, सुगंधित हाइड्रोकार्बन से क्विनोन और अन्य प्रतिक्रियाओं में उत्प्रेरित कर सकता है। उदाहरण के लिए, मेथनॉल ऑक्सीकरण से फॉर्मेल्डिहाइड की प्रतिक्रिया में, सल्फोनेटेड कोबाल्ट फथलोसाइनिन (सीओपीसीएस) की रूपांतरण दर 95% और चयनात्मकता 90% से अधिक है, जो पारंपरिक लौह मोलिब्डेनम उत्प्रेरक से काफी बेहतर है।
चक्रीकरण प्रतिक्रिया: इंडोल यौगिकों के संश्लेषण में, कोबाल्ट फथलोसाइनिन समन्वय के माध्यम से अभिकारकों को सक्रिय करता है, चक्रीकरण उपज को 85% तक बढ़ाता है, प्रतिक्रिया तापमान को 150 डिग्री से घटाकर 80 डिग्री करता है, और ऊर्जा की खपत को 40% तक कम करता है।
एकत्रीकरण प्रतिक्रिया: ओलेफिन पोलीमराइजेशन के लिए उत्प्रेरक के रूप में, कोबाल्ट फथलोसाइनिन संकीर्ण वितरण पॉलीथीन (पीडीआई) तैयार करने के लिए पॉलिमर के आणविक भार वितरण को नियंत्रित कर सकता है।<1.5), meeting the demands of high-end plastic processing.
2. ऊर्जा उत्प्रेरण
ईंधन सेल: ऑक्सीजन कमी प्रतिक्रिया (ओआरआर) उत्प्रेरक के रूप में कोबाल्ट फ़ेथलोसाइनिन, प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली ईंधन कोशिकाओं (पीईएमएफसी) में अच्छा प्रदर्शन करता है। कार्बन नैनोफाइबर लोडेड मिश्रित सामग्री (CoPc/CNF) में 0.5MH ₂ SO ₄ समाधान में 0.92V (बनाम RHE) की ORR प्रारंभिक क्षमता होती है, जिसमें वर्तमान घनत्व पारंपरिक प्लैटिनम कार्बन उत्प्रेरक का 1.2 गुना और लागत में 70% की कमी होती है।
हाइड्रोजन उत्पादन के लिए पानी का इलेक्ट्रोलिसिस: कोबाल्ट फथलोसाइनिन डेरिवेटिव (जैसे टेट्रानिट्रोकोबाल्ट फथैलोसाइनिन, सीओटीएनपीसी) क्षारीय परिस्थितियों में ऑक्सीजन विकास प्रतिक्रिया (ओईआर) को उत्प्रेरित करते हैं, केवल 320mV (10mA/cm ²) की अधिक क्षमता और 1000 घंटे से अधिक की स्थिरता के साथ, नवीकरणीय ऊर्जा हाइड्रोजन उत्पादन के लिए कम लागत वाला समाधान प्रदान करते हैं।
लिथियम सल्फर बैटरी: सल्फर वाहक के रूप में कोबाल्ट फथलोसाइनिन/ग्राफीन मिश्रित सामग्री पॉलीसल्फाइड के शटल प्रभाव को दबा सकती है, जिसके परिणामस्वरूप लिथियम सल्फर बैटरी के 200 चक्रों के बाद क्षमता प्रतिधारण दर 82% और ऊर्जा घनत्व 400Wh/kg से अधिक हो जाता है।
3. पर्यावरणीय उत्प्रेरण
पेट्रोलियम डीसल्फराइजेशन: गैसोलीन डिओडोराइजर के रूप में सल्फोनेटेड कोबाल्ट फाथलोसाइनिन (सीओपीसीएस) थायोल यौगिकों (जैसे थियोफीन) को गहराई से हटा सकता है, जिससे गैसोलीन की सल्फर सामग्री 500 पीपीएम से 10 पीपीएम से कम हो जाती है, जो राष्ट्रीय VI उत्सर्जन मानक को पूरा करती है।
इसकी उत्प्रेरक गतिविधि पारंपरिक सोडियम हाइड्रॉक्साइड विधि की तीन गुना है, और कोई द्वितीयक प्रदूषण नहीं है।
डाई का क्षरण: कोबाल्ट फथलोसाइनिन/पैन नैनोफाइबर मिश्रित सामग्री दृश्य प्रकाश के तहत एसिड लाल जी डाई के क्षरण को उत्प्रेरित करती है, जिसमें 94% की रंगहीनता दर और 3 घंटे में 80% से अधिक की खनिजकरण दर होती है, जो शुद्ध फोटोकैटलिटिक प्रणाली से कहीं बेहतर है।
सीओ ₂ कटौती: टेट्रानिट्रोकोबाल्ट फ़ेथलोसाइनिन 67% की फैराडे दक्षता और 5 एमए/सेमी ² की वर्तमान घनत्व के साथ, फॉर्मिक एसिड में सीओ ₂ के विद्युतीकरण को उत्प्रेरित करता है, जो कार्बन कैप्चर और उपयोग (सीसीयू) के लिए एक नया मार्ग प्रदान करता है।
ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक सामग्री के क्षेत्र में: प्रकाश ऊर्जा रूपांतरण के लिए "मुख्य माध्यम"।
मजबूत प्रकाश अवशोषण विशेषताएँ (600-700nm पर अवशोषण शिखर) और कोबाल्ट फ़ेथलोसाइनिन की उच्च वाहक गतिशीलता इसे ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक रूपांतरण उपकरणों के लिए एक महत्वपूर्ण सामग्री बनाती है।
1. जैविक सौर सेल
सक्रिय परत सामग्री: कोबाल्ट फथलोसाइनिन और फुलरीन डेरिवेटिव (पीसीबीएम) को थोक हेटेरोजंक्शन (बीएचजे) सौर कोशिकाओं को तैयार करने के लिए मिश्रित किया गया था, जिसमें 6.8% की फोटोइलेक्ट्रिक रूपांतरण दक्षता (पीसीई) और एक ओपन सर्किट वोल्टेज (वोक) 0.9V तक बढ़ गया, जिससे संकीर्ण बैंडगैप कार्बनिक फोटोवोल्टिक सामग्री में अंतर भर गया।
इंटरफ़ेस संशोधन परत: होल ट्रांसपोर्ट लेयर (एचटीएल) के रूप में कोबाल्ट फ़थलोसाइनिन पतली फिल्म इंटरफ़ेस पुनर्संयोजन हानि को कम कर सकती है, पेरोव्स्काइट सौर कोशिकाओं की दक्षता को 18% से 21% तक बढ़ा सकती है, और स्थिरता को 3000 घंटे तक बढ़ा सकती है।
2. लाइट डिटेक्टर
निकट अवरक्त पहचान: कोबाल्ट फथलोसाइनिन/टाइटेनियम डाइऑक्साइड (TiO₂) मिश्रित फिल्म में 980nm की तरंग दैर्ध्य पर 0.3A/W की प्रतिक्रियाशीलता होती है और पहचान दर 10 ¹² जोन्स से अधिक होती है, जो इसे ऑप्टिकल फाइबर संचार संकेतों की निगरानी के लिए उपयुक्त बनाती है।
लचीला डिटेक्टर: कोबाल्ट फाथलोसाइनिन/पॉलीविनाइल अल्कोहल (पीवीए) हाइड्रोजेल से बना लचीला फोटोडिटेक्टर अभी भी 5 मिमी के झुकने वाले त्रिज्या की स्थिति के तहत अपने प्रारंभिक प्रदर्शन का 90% बनाए रखता है, जो पहनने योग्य उपकरणों और इलेक्ट्रॉनिक त्वचा के लिए उपयुक्त है।
3. कार्बनिक प्रकाश उत्सर्जक डायोड (ओएलईडी)
चमकदार परत सामग्री:कोबाल्ट(II) फथलोसाइनिनडेरिवेटिव (जैसे कि टेट्राकार्बोक्सिलिक कोबाल्ट फथालोसायनिन, सीओटीसीपीसी) का उपयोग फॉस्फोरसेंट ल्यूमिनसेंट सामग्री के रूप में किया जाता है, जिसमें आंतरिक क्वांटम दक्षता (आईक्यूई) 100% के करीब और बाहरी क्वांटम दक्षता (ईक्यूई) 25% होती है। रंग निर्देशांक (0.15, 0.20) शुद्ध नीली रोशनी मानक के करीब हैं।
इलेक्ट्रॉनिक परिवहन परत: कोबाल्ट फ़ेथलोसाइनिन और जिंक ऑक्साइड (ZnO) नैनोकणों का मिश्रण OLED ड्राइविंग वोल्टेज को 3.5V तक कम कर सकता है और जीवनकाल को 10000 घंटे तक बढ़ा सकता है।
विशिष्ट गैसों या जैव अणुओं के प्रति कोबाल्ट ऑक्साइड की उच्च चयनात्मकता और संवेदनशीलता इसे सेंसर के क्षेत्र में एक स्टार सामग्री बनाती है।
1. गैस सेंसर
अमोनिया का पता लगाना: कोबाल्ट फथलोसाइनिन/पॉलीनिलीन (पैनआई) मिश्रित पतली फिल्म सेंसर में 1 पीपीएम अमोनिया गैस के तहत प्रतिरोध परिवर्तन दर 300% है, पता लगाने की सीमा 0.1 पीपीएम जितनी कम है, और प्रतिक्रिया समय 10 सेकंड से कम है। इसका उपयोग औद्योगिक अपशिष्ट गैस निगरानी के लिए किया जा सकता है।
ऑक्सीजन सेंसिंग: कोबाल्ट फ़ेथलोसाइनिन संशोधित इलेक्ट्रोड 0.1M KOH समाधान (R ²=0.999) में ऑक्सीजन कमी धारा और ऑक्सीजन एकाग्रता के बीच एक रैखिक संबंध प्रदर्शित करता है, जिसका पता लगाने की सीमा 0-100% है। यह सीमित स्थानों में ऑक्सीजन सामग्री की निगरानी के लिए उपयुक्त है।
2. बायोसेंसर
ग्लूकोज का पता लगाना: कोबाल्ट फथलोसाइनिन/ग्लूकोज ऑक्सीडेज (जीओएक्स) मिश्रित इलेक्ट्रोड एच ₂ ओ ₂ का उत्पादन करने के लिए ग्लूकोज के ऑक्सीकरण को उत्प्रेरित करता है, और वर्तमान संकेत ग्लूकोज एकाग्रता के लिए आनुपातिक है। पता लगाने की सीमा 1 μM जितनी कम है, जो इसे गैर-आक्रामक रक्त ग्लूकोज निगरानी के लिए उपयुक्त बनाती है।
डीएनए सेंसिंग: कोबाल्ट फथलोसाइनिन कार्यात्मक सोने के नैनोकण (एयूएनपी) सिग्नल जांच के रूप में काम करते हैं, जो 10 ⁻¹⁵ एम की संवेदनशीलता के साथ डीएनए संकरण के माध्यम से प्रतिदीप्ति शमन को प्रेरित करके एकल आधार उत्परिवर्तन का पता लगा सकते हैं।

कोबाल्ट (द्वितीय) फ़ेथलोसाइनिन(CoPc) उत्कृष्ट ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक गुणों और भौतिक रासायनिक गुणों वाला एक व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला धातु {{0} कार्बनिक कॉम्प्लेक्स है। विभिन्न क्षेत्रों में अपनी आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए, कई रसायनज्ञों ने सीओपीसी के संश्लेषण के लिए विभिन्न तरीके विकसित किए हैं।
1. Me3CO-Co(III)Pc की क्लोरीनीकरण कमी विधि:
यह सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली CoPc संश्लेषण विधियों में से एक है, और इसके लिए CoCl 2 6H2O, Phthalic एनहाइड्राइड (PHTH), और यूरिया जैसी आरंभिक सामग्रियों के साथ-साथ ट्राइमेथेनॉल (MeOH) और सोडियम बोरोहाइड्राइड (NaBH4) जैसे कम करने वाले एजेंटों की आवश्यकता होती है। यह विधि दो-चरणीय प्रतिक्रिया है:
पहले चरण में ट्राइमेथेनॉल में CoCl2 और PHTH को घोलना और बाद में यूरिया मिलाकर उन्हें एक समन्वय परिसर बनाना शामिल है। उत्प्रेरक की कार्रवाई के तहत, समन्वय यौगिक का कार्बोक्सिल समूह सह के साथ एक कॉम्प्लेक्स बनाएगा।
दूसरा चरण छह समन्वित CoPc उत्पन्न करने के लिए NaBH4 का उपयोग करके Co{0}} को कम करना है। इसके अलावा, CoPc की क्रिस्टल संरचना को प्रतिक्रिया स्थितियों (जैसे तापमान, पीएच मान, कम करने वाली खुराक, आदि) जैसे मापदंडों को अनुकूलित करके भी समायोजित किया जा सकता है।
इस विधि के फायदे सीओपीसी के संश्लेषण के लिए हल्की प्रतिक्रिया की स्थिति, सरल ऑपरेशन और उच्च उपज (80% तक) हैं। हालाँकि, नुकसान यह है कि इसमें समय लगता है, CoPc को संश्लेषित करने के लिए कई चरणों की आवश्यकता होती है, और उपज शुरुआती सामग्री की गुणवत्ता और शुद्धता से भी प्रभावित होती है।
2. टेम्पलेट के रूप में आलू स्टार्च के साथ हाइड्रोथर्मल विधि:
टेम्पलेट के रूप में आलू स्टार्च का उपयोग करने वाली हाइड्रोथर्मल विधि सीओपीसी तैयार करने के लिए उपयोग की जाने वाली एक और विधि है, जिसमें सह (एसी) 2 (एसी - एसीटेट आयन) और पीएचटीएच को समन्वय यौगिक बनाने के लिए पहले कार्बनिक विलायक में मिश्रित किया जाता है। फिर मिश्रण को आलू स्टार्च युक्त जलीय माध्यम में डाला जाता है, और कुछ समय के लिए उच्च तापमान और उच्च दबाव के तहत हाइड्रोथर्मल प्रतिक्रिया के अधीन किया जाता है।
इस प्रक्रिया के दौरान, आलू स्टार्च टेम्पलेट को विघटित नहीं किया जा सकता है, और PHTH और Co(Ac)2 टेम्पलेट के साथ मिलकर स्टार्च टेम्पलेट के अंदर नैनोकणों को बनाने के लिए CoPc बनाएंगे। इसके बाद, स्टार्च टेम्पलेट को हटाकर, नैनोस्केल CoPCs का निर्माण किया जा सकता है।
इस पद्धति का लाभ यह है कि इसमें अच्छी क्रिस्टल संरचना और मोनोडिस्पर्स गुण हैं, और इसके उत्पाद सीधे अनुप्रयोग आवश्यकताओं को पूरा करते हैं, और किसी अतिरिक्त सतह संशोधन उपचार की आवश्यकता नहीं होती है। साथ ही, इस विधि में कम विनिर्माण लागत, सरल संचालन और कम लागत के फायदे हैं।

3. सह-वर्षण विधि:
सीओपीसी तैयार करने के लिए सह{0}}वर्षण एक अन्य सामान्य विधि है। इस विधि में एक निश्चित आयतन अंश के साथ एक घोल में Co{2}} और PHTH को घोलने की आवश्यकता होती है, और फिर एक अवक्षेप बनाने के लिए NaOH या NH3·H2O जैसे एक निश्चित मात्रा में क्षारीय माध्यम मिलाना होता है। परिणामी अवक्षेपित नमूनों से, सीओपीसी को विआयनीकृत पानी या अन्य विलायकों से धोया और शुद्ध किया जा सकता है।
इस विधि में अच्छी नियंत्रणीयता और उत्पादन दक्षता है, और शुद्धता में सुधार के लिए प्रतिक्रिया स्थितियों को बदलकर उत्पाद की क्रिस्टल संरचना और आकारिकी को समायोजित किया जा सकता है। लेकिन नुकसान यह है कि प्रतिक्रिया के दौरान, कोबाल्ट हाइड्रॉक्साइड और अन्य बेकार उत्पादों से बचा जाना चाहिए।
4. धातु न्यूनीकरण विधि जो आसानी से ऑक्सीकृत हो जाती है:
आसान ऑक्सीडेटिव धातु कटौती विधि भी एक सामान्य CoPc संश्लेषण विधि है। इस विधि में Co(I)Pc या Co(II)Pc की एक निश्चित वैलेंस स्थिति प्राप्त करने के लिए अम्लीय परिस्थितियों में तैयार किए गए CoPc के प्राथमिक संश्लेषण उत्पादों के उपयोग और N2H4·H2O जैसे कम करने वाले एजेंट के साथ कमी की आवश्यकता होती है। विभिन्न कम करने वाले एजेंट और प्रतिक्रिया स्थितियाँ विभिन्न CoPc श्रृंखला उत्पाद उत्पन्न कर सकती हैं।
इस विधि के मुख्य लाभ तेज गति, सरल संचालन, आसान उपलब्धता और कम करने वाले एजेंट की कम कीमत हैं। लेकिन नुकसान यह है कि प्रतिक्रिया वातावरण और कम करने वाले एजेंट का उपयोग करने पर मानव शरीर के लिए अत्यधिक परेशान और विषाक्त होते हैं, और उत्पन्न अपशिष्ट को संभालना मुश्किल होता है।

5. प्लाज्मा चमक निर्वहन विधि:
प्लाज़्मा ग्लो डिस्चार्ज विधि एक और अनूठी CoPc संश्लेषण विधि है। विधि में Co2 को घोलने की आवश्यकता होती है+और मेथनॉल में PHTH और प्लाज्मा ग्लो डिस्चार्ज तकनीक द्वारा उन पर प्रतिक्रिया करना। यह तकनीक उच्च शक्ति घनत्व पर प्रतिक्रिया को तेजी से उत्तेजित कर सकती है और वांछित सीओपीसी उत्पाद उत्पन्न कर सकती है। इस विधि में कम करने वाले एजेंटों या स्टार्च टेम्पलेट्स आदि का उपयोग करने की आवश्यकता नहीं है, और यह बड़े पैमाने पर संश्लेषण और औद्योगिक उत्पादन के लिए उपयुक्त है।
इस विधि के मुख्य लाभ उच्च गति, उच्च उपज, कोई अतिरिक्त सतह संशोधन उपचार, पर्यावरण मित्रता और अच्छी प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्यता हैं। लेकिन इसका नुकसान यह है कि इसके लिए उच्च उपकरण आवश्यकताओं और उच्च लागत की आवश्यकता होती है।
संक्षेप में, इसके लिए कई विधियाँ हैंकोबाल्ट(II) फ़ेथलोसाइनिनसंश्लेषण, और प्रत्येक विधि के अपने अनूठे फायदे और नुकसान हैं। चुनने की विशिष्ट विधि इसकी लागत, परिचालन कठिनाई, संश्लेषण उपज, शुद्धता और अनुप्रयोग आवश्यकताओं जैसे कारकों पर निर्भर करती है। उच्च शुद्धता और बेहतर प्रदर्शन प्राप्त करने के लिए, प्रतिक्रिया स्थितियों को वास्तविक आवश्यकताओं के अनुसार समायोजित किया जा सकता है, जैसे प्रतिक्रिया समय, तापमान, पीएच मान या खुराक कम करने जैसे पैरामीटर बदलना।

CoPc की आणविक संरचना नीचे वर्णित है:

सीओपीसी अणु में एक केंद्रीय सह परमाणु और चार पाइरोलिडिनिल समूह होते हैं, जो क्लोरोफिल के समान एक समतल टेट्रागोनल आणविक संरचना प्रस्तुत करते हैं। उनमें से, पाइरोलिडिनिल समूह स्थिर रासायनिक बंधों की एक श्रृंखला बनाने के लिए नाइट्रोजन परमाणु के माध्यम से सह परमाणु के साथ समन्वय करता है, इस प्रकार सीओपीसी अणु की कंकाल संरचना बनाता है। सह परमाणु के चारों ओर, पाइरोलिडिनिल समूहों द्वारा विस्तारित बेंजीन के छल्ले भी होते हैं, जो नकारात्मक रूप से चार्ज होते हैं और इलेक्ट्रोस्टैटिक इंटरैक्शन बनाने के लिए बाहरी धनायनों के साथ बातचीत कर सकते हैं।
CoPc अणुओं की तलीय संरचना उनमें अच्छे ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक गुण बनाती है और सौर कोशिकाओं, डिस्प्ले और उत्प्रेरक जैसे अनुप्रयोगों में व्यापक रूप से उपयोग की जाती है। साथ ही, आणविक संरचना की स्थिरता बायोमेडिसिन के क्षेत्र में इसके अनुप्रयोग की संभावना भी प्रदान करती है।
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