西工大杨登涛课题组Angew：兼具杂原子和七元环缺陷的新型多重螺烯实现窄发射和高发光量子产率
导读
纳米石墨烯作为石墨烯的原子级别精确片段，在其中引入杂原子和非六元环缺陷以改变电子/光学性质的策略已被广泛应用于各类有机功能材料的构筑之中。多重螺烯作为螺旋扭曲的纳米石墨烯，因其本征手性引起了研究者们广泛的关注。在螺烯中引入氮-硼-氮（NBN）单元会改变π-电子的数量，而骨架的几何形状几乎不变；含有七元环的纳米石墨烯具有的独特芳香性和空间结构可以使分子展现出不同的电荷分布和固态堆积现象。然而目前尚未有将NBN单元和七元环作为缺陷同时结合到螺烯骨架中的报道，与此同时构建具有高光致发光量子产率（Photoluminescence quantum yields, PLQYs）和窄发射半峰宽（Full-width-at-half-maximum, FWHM）的螺烯仍然具有挑战性。
近日，西北工业大学杨登涛教授课题组通过将杂原子和/或七元环作为缺陷引入到螺烯中，构建了一系列缺陷螺烯分子并通过X射线单晶分析进行结构确认，其中四重螺烯4Cz-NBN具有一对[5]螺环和一对NBN边缘修饰的[6]螺环，将其进一步氧化偶联得到含两个NBN掺杂七元环的双重螺烯4Cz-NBN-P1（图1）。
图1
4Cz-NBN与4Cz-NBN-P1均展现出优异的光致发光量子产率（99%和65%），窄的发射半峰宽（24nm和22nm）。密度泛函（DFT）理论计算表明，双重螺烯4Cz-NBN-P1具有高的异构化势垒，圆二色谱（CD）与圆偏振光谱（CPL）表明其具有明显的手性光学特性（图2）。
图2
文中对4Cz-NBN-P1通过氟离子滴定实验改变硼原子配位数成功地获得了单氟化螺烯4Cz-NBN-P1-F1与双氟化螺烯4Cz-NBN-P1-F2。硼配位模式的改变，不仅带来了新的手性光学特性，而且使其展现出潜在的热激子发光特性（荧光量子产率分别为99%和90%）（图3）。
图3
该工作提出了一种简单高效的合成含NBN单元和七元环多重螺烯的方法，并获得了一系列性能优异的新型螺烯结构，为高性能掺杂螺烯的结构设计提供了实例参考。文章第一作者为西北工业大学刚毕业的硕士谭德辉同学，博士研究生董佳祺和硕士研究生马廷昊也对该工作做出了重要的贡献，通讯作者为杨登涛教授。
论文信息：Multiple Helicenes Defected by Heteroatoms and Heptagons with Narrow Emissions and Superior Photoluminescence Quantum Yields Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202304711. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202304711
杨登涛教授简介
杨登涛，西北工业大学化学与化工学院教授、博士生导师。本科（2010）和硕士（2013）毕业于兰州大学，博士（2017）毕业于加拿大女王大学，2018-2020年在美国麻省理工学院从事博士后研究。目前已在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.等期刊发表论文30余篇。
招聘信息：课题组长期欢迎勤奋踏实、对科研感兴趣的研究生、博士后的加入。 课题组研究方向为含硼光功能有机分子材料。对相关方向感兴趣并有意向加入者可将个人简历发送至邮箱dtyang@nwpu.edu.cn并注明来意，期待大家的加入。