近日，陜西師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院教授魏俊發(fā)領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)在納米石墨烯的設(shè)計(jì)合成研究方面獲得突破，有關(guān)研究成果最近在國(guó)際頂級(jí)化學(xué)期刊《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》上全文（Article）發(fā)表，并被選為封面文章。
納米石墨烯（Nanographenes，簡(jiǎn)稱NGs）是石墨烯、碳納米管和富勒烯等碳納米材料結(jié)構(gòu)的一部分，具有特殊的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)和重要的物理化學(xué)性質(zhì)，在新型分子電子器件包括下一代分子計(jì)算機(jī)、有機(jī)太陽(yáng)能電池、柔性顯示器、有機(jī)發(fā)光二極管、有機(jī)納米導(dǎo)線等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。同時(shí)，納米石墨烯分子具有確定的邊緣結(jié)構(gòu)，也是研究石墨烯的樣板，對(duì)研究石墨烯的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)具有重要的理論價(jià)值。因而，近年來(lái)國(guó)際上有關(guān)納米石墨烯的研究十分活躍。然而，化學(xué)合成復(fù)雜納米石墨烯如六苯并蒄等仍然具有很大的困難和挑戰(zhàn)性。
據(jù)了解，該課題組提出一種新穎的合成概念——共價(jià)自組裝（Covalent Self-sorting Assembly，CSA），作為蒄類（Coronene-based）納米石墨烯分子合成路線的核心合成策略。這種新的合成策略突破了文獻(xiàn)報(bào)道的需要先合成與最終產(chǎn)品分子骨架相同的多苯齊聚物、再氧化脫氫成環(huán)生成納米石墨烯的既有方法，使復(fù)雜的蒄基納米石墨烯分子包括六苯并蒄及其雜環(huán)類似物和六苯并暈蒄等的從頭合成（Bottom-up synthesis）路線縮短為僅僅兩步，在關(guān)鍵步驟——共價(jià)自組裝反應(yīng)——中連續(xù)發(fā)生了12個(gè)或18個(gè)反應(yīng)。合成原料簡(jiǎn)單易得，各合成反應(yīng)收率優(yōu)異，是一種非常簡(jiǎn)捷、高效的合成方法。該方法使六苯并蒄等成為最容易合成的納米石墨烯之一，為化學(xué)和材料科學(xué)界合成大尺寸復(fù)雜納米石墨烯提供了一種簡(jiǎn)便和易于掌握的工具。
利用此方法，該研究團(tuán)隊(duì)成功合成了三個(gè)系列共30種C3-對(duì)稱的多取代新型納米石墨烯分子，并獲得了各系列中代表性化合物的單晶X-射線結(jié)構(gòu)，其中25環(huán)納米石墨烯是目前經(jīng)X-射線結(jié)構(gòu)分析確定的、最大的全苯型納米石墨烯。
該方法合成的這些納米石墨烯分子上具有多種可修飾取代基，這使它們成為進(jìn)一步構(gòu)筑π-共軛體系更大的納米石墨烯的新起點(diǎn)。同時(shí)，該研究工作所建立的合成方法也為其他更大、更復(fù)雜的納米石墨烯以及相關(guān)的星型分子、樹(shù)狀大分子、超分子等有機(jī)納米材料提供了新的合成思路。所合成的納米石墨烯具有良好的物理化學(xué)性質(zhì)，為有機(jī)半導(dǎo)體材料、發(fā)光材料、太陽(yáng)能電池、發(fā)光二極管等分子器件的研究奠定了基礎(chǔ)。
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