廈門大學Nature子刊：納米石墨烯作為缺電子核心構筑給受體體系

【引言】

作為石墨烯的分子片段，納米石墨烯分子（NGs）可以作為分子模型理解研究石墨烯的結構-功能相關性。NGs的納米級的sp²共軛碳骨架，賦予其優異的光吸收、光致發光和電荷傳輸等性能，因此在電子器件和光電子器件領域具有廣闊的應用前景。

通常，NGs富電子的特性使得他們是典型的p型有機半導體和電子給體。通過形成給受體共軛體是調節有機功能分子光吸收和電荷傳輸的有效手段。NGs的富電子特性使其在形成給受體共軛體時通常作為給體單元。

【成果簡介】

近日，廈門大學譚元植教授（通訊作者）課題組報道了一種通過鈀催化的選擇性C-N偶聯反應，在全氯化的NGs的頂點位置發生胺化反應。通過該方法，一系列的富電子的苯胺衍生物偶聯到缺電子的氯化-NGs的頂點上，形成了一系列納米尺寸的給受體結構。調控功能性修飾的苯胺衍生物基團的給電子能力可以很好地調節給受體共軛體的光吸收和分子間相互作用。與以往報道的碗狀多環芳烴不同，這種給受體NGs的雙凹形的缺電子骨架可以通過分子間電荷轉移與給體客體分子(如四硫富勒烯)進行超分子組裝。該研究以“Nanographenes as electron-deficient cores of donor-acceptor systems”為題發表在Nature Communications上。

【圖文導讀】

圖一 石墨烯邊緣結構示意圖

扶手椅邊緣的石墨結構。扶手椅邊緣包含兩種碳點，一種在拐點 （青色），另一種在頂點（品紅）

圖二 給受體納米石墨烯分子（C₄₂）的合成、晶體結構和光學性能

（a）選擇性胺化優化合成路徑
（b）給受體納米石墨烯分子（C₄₂）的雙凹結構
（c）不同氨基功能化的紫外-可見吸收光譜

圖三 2e固體中的吸收和組裝

漫反射模式下測量2e在固態（紅）時與在二氯甲烷（藍，10^-5 mol·L^-1）中時的紫外-可見光吸收比較圖，為了清楚起見，省略了不與內部NGs進行D-A相互作用的外圍部分

圖四 給受體納米石墨烯分子（C₆₀）的合成路線，晶體結構和光吸收性能

（a）選擇性胺化的優化合成路線
（b）C₆₀Cl₁₆(NHC₆H₅)₆的晶體結構
（c）胺化前后紫外可見吸收光譜對比圖

圖五 給受體納米石墨烯和四硫富瓦烯之間的超分子組裝

（a，b，c， d）給受體納米石墨烯和四硫富瓦烯超分子組裝結構
（e，f）超分子組裝體與給受體石墨烯分子的紫外可見近紅外光譜對比

【小結】

本文作者采用胺化反應使納米石墨烯的頂點官能化，并構建了以石墨烯分子為受體核心的給受體體共軛體。石墨烯納米帶和石墨材料的邊緣鹵化已經實現，頂點位選擇性功能化概念還可以將給受體結構和電荷轉移偶極子引入到這些碳納米結構中。所得到的給受體納米石墨烯通過分子間給體-受體相互作用與富電子的分子進行組裝，從而產生具有電荷轉移的超分子結構，這為基于納米石墨烯受體的超分子功能材料開辟了一條新的途徑。

文獻鏈接：Nanographenes as electron-deficient cores of donor-acceptor systems（Nature Communications, 2018, DOI: 10.1038/s41467-018-04321-6）

【通訊作者簡介】

譚元植，廈門大學化學化工學院教授。主要從事富碳納米分子（如石墨烯、巴基碗、碳納米環等）的合成、功能化、超分子組裝及其相關性能研究。研究成果受到了國際重要期刊或網站如Nature Chemistry，Angew. Chem. Int. Ed.，Chemistry World，Nature China，NPG Asia Materials等專文進行關注和點評。

本文由材料人編輯部新人組趙鵬編輯整理，杜成江審核，點我加入材料人編輯部。

材料測試，數據分析，上測試谷！