清华大学化学系王朝晖、姜玮团队在酰亚胺功能化的分子碳材料领域取得系列重要进展
2024/04/23
702在过去的30年间，每一种新型纳米碳材料的发现，都引起了科学界的广泛关注，并推动了化学、材料、物理、信息等相关领域的快速发展。分子碳是指具有确定原子组成和化学结构的分子基纳米碳，对揭示碳纳米材料结构性能的构效关系具有重要意义。分子碳的研究可追溯至20世纪初，1985年C60的发现真正开启了分子碳研究的新时代。至此之后，大量具有优雅结构的平面或扭曲分子碳如碳纳米带、碳纳米环、碳纳米碗等引起了有机和材料化学家前所未有的关注。
图1：酰亚胺功能化的分子碳合成-结构-功能关系图及研究团队基于该领域发展的时间轴
理性的分子碳材料设计原则需以独特、多样性的核心碳结构为中心，侧链工程辅助，开发具有优异光/电/磁性能以及良好的加工性能和稳定性的材料体系。针对以上问题，清华大学化学系王朝晖、姜玮研究团队基于莱啉酰亚胺经典单元（如萘酰亚胺（naphthalene diimide, NDI）、苝酰亚胺（perylene diimide, PDI）及terrylene diimides等），利用其结构易修饰特性（包括湾位、邻位、酰亚胺位），通过高效的过渡金属催化偶联反应和C-H键活化，构建了丰富的酰亚胺功能化的分子碳，包括一维碳纳米带酰亚胺、二维纳米石墨烯酰亚胺以及跨维度分子碳酰亚胺等（图1）。这类分子基纳米碳家族的新成员，具有合成灵活、结构可定制、性能多样、加工性能和稳定性优异等特点，对结构的创新、新奇物理化学性质的探索以及新颖材料性能的挖掘具有重要意义。
近日，该研究团队在《美国化学会会志》（Journal of the American Chemical Society）上以题为“酰亚胺功能化的分子碳”（Molecular Carbon Imides）发表了Perspective文章（图3左），不仅阐述了该分子碳体系从分子设计到功能应用的演变规律，深入揭示其分子结构-物理化学性质-功能应用之间的关系；而且还对其进一步发展提出了重要见解。论文第一作者为化学系姜玮副研究员，通讯作者为王朝晖教授。
图2.手性分子碳1，4和5的分子结构（a）、紫外-可见吸收光谱（b）、圆二色光谱（c）、圆偏振发光谱（d）以及电跃迁偶极矩（μ）和磁跃迁偶极矩（m）矢量大小与角度（e）
另外，团队利用手性分子碳构建了高效的圆偏振发光材料，实现了对该手性分子碳的电跃迁偶极矩（μ）和磁跃迁偶极矩（m）的精细调控，最终获得了兼具高发光不对称因子和高发光效率的材料体系。该手性分子碳即环辛四烯嵌入的苝酰亚胺二聚体（tetrarylene-based doubleπ-helix，命名为TH分子，图2），具有D2对称性，得益于其刚性的双重π-螺旋骨架及湾位氮杂环引入，发光不对称因子|glum|从0.01提升到0.03，发光效率ФPL处于41-62%之间，从而导致圆偏振发光亮度（BCPL=ελ×ΦPL× |glum|/2）也达到了573.4 M-1cm-1，是目前已报道的手性小分子最高值之一。表明该类手性分子为综合性能优良的圆偏振发光材料体系，有望作为手性光电子材料获得应用。这一工作为新型高效圆偏振发光材料的理性设计提供了新思路。
相关研究工作以“具有优异圆偏振发光性能的双重π-螺旋苝酰亚胺二聚体”（Boosting Circularly Polarized Luminescence Performance by a Double π-Helix and Heteroannulation）为题，近期发表在《美国化学会会志》（Journal of the American Chemical Society）上。论文发表后得到了《美国化学会会志》主编埃里克·卡雷拉（Erick M. Carreira）教授的关注，发送邮件表示祝贺。清华大学化学系2020级博士研究生刘豫健为文章第一作者，姜玮为通讯作者，王朝晖给予了大力指导。
图3.左：酰亚胺功能化的分子碳；右：具有丰富配位能力的酰亚胺功能化的分子碳及其配位聚合物的维度调控
同时，团队利用巧妙结合酰亚胺功能化的分子碳与磷杂环戊二烯结构单元的优势，利用钯催化双P-C键偶联和硫化反应，设计合成了具有独特面外各向异性和优异配位能力的顺式/反式磷杂环戊二烯稠合苝酰亚胺；通过不同的配位策略，构筑了具有丰富拓扑结构的磷杂环戊二烯稠合苝酰亚胺基-Ag(I)配位聚合物，实现了一维到三维配位结构的精巧调控，其中二维配位聚合物(trans2P-PDI)·(AgOTf)具有较高的结晶度和良好的CO2吸附能力。
该研究为探索酰亚胺功能化的分子碳基配位聚合物及其相关性能研究提供了新思路，近期以“维度可调的磷杂环戊二烯稠合苝酰亚胺基-Ag(I)配位聚合物”（Regulating the dimensionality of diphosphaperylenediimide-based polymers by coordinating the out-of-plane anisotropic π-framework toward Ag+）为题发表在《中国科学·化学》（SCIENCE CHINA Chemistry）上（图3右），论文通讯作者为姜玮，王朝晖给予了大力指导。
以上论文清华大学化学系均为第一完成单位。研究得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金以及中国博士后基金的经费支持。
鏂囩珷鏉ユ簮清华大学新闻锛屽垎浜彧涓哄鏈氦娴侊紝濡傛秹鍙婁镜鏉冮棶棰樿鑱旂郴鎴戜滑锛屾垜浠皢鍙婃椂淇敼鎴栧垹闄ゃ
-
2025骞11鏈堜紭璐ㄥ鏈細璁帹鑽 16
-
2025骞存満鍣ㄨ瑙夈佹櫤鑳芥垚鍍忎笌妯″紡璇 392
-
2025骞寸涓冨眾鎺у埗涓庢満鍣ㄤ汉鍥介檯浼氳 576
-
2025骞存櫤鑳藉厜瀛愬涓庡簲鐢ㄦ妧鏈浗闄呭 1529
-
2025骞存満姊板伐绋嬶紝鏂拌兘婧愪笌鐢垫皵鎶鏈 1790
-
2025骞磋绠楁満绉戝銆佸浘鍍忓垎鏋愪笌淇″彿 2065
-
2025骞存潗鏂欏寲瀛︿笌鐕冩枡鐢垫睜鎶鏈浗闄 1861
-
2025骞磋嚜鍔ㄥ寲鍓嶆部绯荤粺銆佹櫤鎱у煄甯備笌 10-23
-
2025骞翠俊鎭厜瀛︺侀仴鎰熸妧鏈笌鏈哄櫒瑙 10-23
-
2025骞存暟瀛椾汉鏂囥佹枃鍖栭仐浜т笌璇█瀛 10-23
-
2025骞寸缁忕瀛︺佺敓鐗╀俊鎭涓庢櫤鑳 10-23
-
2025骞磋瑷璁ょ煡銆佷汉宸ユ櫤鑳戒笌璁＄畻寤 10-23
-
2025骞寸ぞ浼氱瀛︺佸簲鐢ㄨ瑷瀛︿笌浜烘枃 10-23
-
2025骞翠紶缁熸満姊般佸姩鍔涘涓庢櫤鑳借澶 10-23
-
2025骞村浘鍍忓鐞嗐佺墿鐞嗗缓妯′笌缁撴瀯璁 10-23
2025骞寸鍥涘眾閫氫俊锛屼俊鎭郴缁熶笌鏁版嵁绉戝鍥介檯.
2025骞存暟鎹瀛︿笌鏅鸿兘绯荤粺鍥介檯浼氳(DSI.
绗洓灞婃暟鐞嗙粺璁′笌缁忔祹鍒嗘瀽鍥介檯瀛︽湳浼氳 (MS.
绗笁灞婁俊鎭寲鏁欒偛涓庝汉宸ユ櫤鑳藉浗闄呭鏈細璁紙IC.
绗簲灞婃娴嬫妧鏈笌鏅鸿兘绯荤粺鍥介檯瀛︽湳浼氳锛圖TI.
2025 骞寸浜屽眾浜氭床鏅鸿兘鐢电綉锛岀豢鑹茶兘婧愪笌搴.
绗簲灞婄幆澧冩薄鏌撲笌娌荤悊鍥介檯瀛︽湳浼氳 (ICEP.
2025骞寸鍥涘眾鍏堣繘鐨勭數鍔涚郴缁熷拰鑳芥簮宸ョ▼鍥介檯.
2025骞寸浜屽眾IEEE浜氭床鍏堣繘鐢垫皵涓庣數鍔涘伐.
绗竷灞婃按鍒╀笌鍦熸湪寤虹瓚宸ョ▼鍥介檯瀛︽湳浼氳锛圚CC.
绗簲灞婄數瀛愰氫俊涓庤绠楁満绉戝鎶鏈浗闄呭鏈細璁紙.
绗簩灞婇仴鎰熸妧鏈笌鍥惧儚澶勭悊鍥介檯瀛︽湳浼氳锛圧ST.
2026宓屽叆寮忕郴缁熴佺Щ鍔ㄩ氫俊涓庤绠楀浗闄呬細璁紙.
绗簲灞婄數瀛愪俊鎭伐绋嬩笌鏁版嵁澶勭悊鍥介檯瀛︽湳浼氳锛圗.
绗竷灞婃柊鏉愭枡涓庢竻娲佽兘婧愬浗闄呭鏈細璁紙ICAM.
-
2025骞翠袱闄㈤櫌澹閫夋湁鏁堝欓変汉1145
-
2025鏈鏂癑CR鍒嗗尯鍙婂奖鍝嶅洜瀛4758
-
濂藉鏈:绉戠爺缃戝潃瀵艰埅|瀛︽湳澶存潯鍒2033
-
2025骞村浗闄呮湡鍒婇璀﹀悕鍗曞彂甯!1930
-
2025骞翠腑绉戦櫌鏈熷垔鍒嗗尯琛ㄩ噸纾呭彂8447
-
涓浗绉戝崗銆婇噸瑕佸鏈細璁洰褰曪紙205134
-
鍚夋灄澶у鏍￠暱寮犲笇锛氬鏈細璁腑鐨勬彁2840
-
娓呭崕澶у鍦板绯婚槼鍧よ棰樼粍鎻ず鍏ㄧ悆10-20
-
鍘嗗彶鏃舵湡鏋佺骞叉棻鐏惧鐨勬暟鎹瘎浼板拰10-20
-
鈥滄竻鍗庡寲瀛︾櫨骞磋鍧涳細濉戦犲寲瀛︾殑鏈10-20
-
鐮旂┒鎻ず妞嶇墿婵绱犵嫭鑴氶噾鍐呴叝浣滀负璺10-20
-
娓呭崕澶у鑱斿悎鐮斿彂鐨勨46MW澶у10-20
-
娓呭崕澶у锛堣蒋浠跺闄級-涔濈枂鐢靛姏寤10-20
-
涓浗鍐滀笟澶у鍦熷湴瀛﹂櫌椹煫闊暀鎺堝洟10-20
-
鐢靛瓙绉戞妧澶у鍏夌數瀛﹂櫌鏈鐢熷湪涓鍖10-20
-
fdafe 24132
-
圣美精密有限公司 18141
-
上海诗成文化发展有限公司 21017
-
盐城工学院东校区 21122
-
MECS2016组委会 2049
-
万怡会展 23007
-
科璨展览（上海）有限公司 24226
-
贵州省逻辑教学研究会 贵州制约逻 21089
-
昆明兴达会议服务有限公司 18300
-
中国环境科学学会 24170
-
陕西中医药医院 21159
-
北京企发展览服务有限公司 24089
-
福州诚信达房产代理有限公司 21106
-
上海东篱信息科技有限公司 8025
-
美通社北京分公司 2121
-
同济大学 21079
-
闽江学院 23104
-
新疆光大旅行社 18082
-
中国医药教育协会 1976
-
武汉理工大学 8340
