化学所分子识别与功能实验室

陈传峰团队在碳纳米带领域取得新进展

发布时间:2021-06-25 放大 缩小

 碳纳米带作为构成碳纳米管(CNTs)的片段,近年来愈发受到科研学者的广泛关注。目前已有扶手椅型、锯齿型等纳米带相继被报道,但仍普遍存在合成困难及产率低等难点,尤其是具有共轭结构的新型芳香带的设计与合成依旧存在很大的挑战性。在研究全碳共轭芳香带的同时,一些将杂原子(如氮、氧、硫等)掺入全碳共轭纳米带的探索相继被报道,与全碳纳米管相比,氮掺杂的碳纳米管具有可提高CNTs化学传感器灵敏度与选择性、增加电导率以及在酸性介质中电催化活性和氧化还原反应稳定性等优势,从而实现具有异质结的新型碳纳米管的构建。

作为氮掺杂CNTs中最简单的一个片段,具有共轭结构的氮杂芳香带的设计与合成依旧是一个很大的挑战。对苯撑([n]CPPs)是一类具有独特结构的共轭大环,也是扶手椅型碳纳米管的片段,因此含有环对苯撑骨架的芳香带的设计与构建在一定程度上有利于碳纳米管的成功合成。

最近,在国家自然科学基金委和中国科学院的支持下,化学所分子识别与功能重点实验室陈传峰研究员团队,报道了首例含有环对苯撑骨架的氮杂共轭芳香带,它可由易得的杯[3]咔唑方便高效地合成,具有带状的共轭结构和深空腔,在溶液和固体状态下均可包结一个二氯甲烷分子,且具有独特有序的通道状堆积结构,具有主客体识别、分子组装等潜在应用。此外,该氮杂芳香带表现出强的绿色荧光,与单体和大环前体相比其吸收与发射波长明显红移,且具有窄的 HOMO-LUMO 能级差,相关理论计算结果与实验所测一致。该团队所报道的这一氮杂共轭芳香带合成高效,可通过简单的改变初始材料制备各种各样的带结构,其中氮原子的引入使其不仅具有独特的光电性质而且容易被功能化,有进一步形成氮杂碳纳米管、分子笼等潜质。此外,咔唑基元的引入也使其有望作为新的热激活延迟荧光(TADF)供体,具有在主客体化学、分子组装和材料科学等领域广泛的应用前景。相关研究工作近期发表在德国应用化学杂志上(Angew. Chem. Int. Ed. 2021,DOI: 10.1002/anie.202104259)。

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