基于卟啉和碳杂化苝结构的新型功能化多环芳烃

Granphene attracted much attentions as a new type of material with unique mechanical, thermal, electrical and absorption properties. Graphene nanoribbons (GNRs) has promising applications for next -generation nano-electronics, optoelectronic, and spintronics. The rylene and porphrin derivative, as the key family members of Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) system has adjust structure and phisical characters. However, The major task now is to synthesize GNRs with narrow or vanishing band-gap, which is not only important but also very challenging because of their intrinsic high reactivity, poor solubility and poor stereoselectivity. In this project, we intend to design, prepare and characterise a series of function materials based on porphrin and perylene derivatives. Firstly, a series of soluble and stable molecular based on Nitrogen, Oxigen and cabon-centered radical will be synthesized, the conjugated system can effectively improve the self-assembly, leading to highly ordered new function magnetic properties materials. Secondly, To solve both the aggregation and stability problems, we developed Benzo [c] thiophene and a cyclopenta (CP) ring-fused perylene as building block where an sp3 carbon ubstituted by two aryl groups is annulated to the bay region of the perylene unit. As the expanding the π symstem and bended strcutres, we expected the moclualr will also show an unusual open-shell singlet ground state and show paramagnetic properties at room temperature. Our next task is to understand the charge- transport behavior along the moleculars and discover more applications.

多环芳烃体系作为石墨烯纳米带重要分子片段，通过可控的分子设计，可具有多样化的结构组成且性能可调。在下一代智能纳米电极，光电子，自旋电子学等研究领域中必将占有重要的一席。但这类分子的设计和合成非常具有挑战性，主要受溶解性差，立体选择性差和区域选择性差等因素的限制。本项目拟设计、制备一系类的卟啉及苝衍生物功能分子：（1）以氮，氧，碳作为终端修饰，合成以碳杂化苝和卟啉衍生物为核心的磁性分子，提高自组装能力，促进分子的堆积，从而构建新型磁性材料。（2）合成具有近红外、红外吸收特征、双自由基指数特征的磁性小分子。（3）以高聚碳杂化苝与苯并[c]噻吩的多环芳烃为基本单元，通过共轭长度的延长，分子弯曲角度的增大以促进电子基态的改变，促进分子磁学特征的加强。本项目有望以苝和卟啉作为母体，探索新型的光电磁小分子材料，并对新材料的应用进行深入的研究。

项目的背景：石墨烯作为一种具有独特的力学，热学，导电以及吸波性能的新型材料备受关注。近年来，而石墨烯纳米带(GNRs) 作为一种新型材料，在下一代智能纳米电极，光电子，自旋电子学等研究领域中必将占有重要的一席，本项目是基于具有独特光电磁学性能的多环芳烃体系，进行了对不同边缘结构的多环芳烃进行了制备、分析及表征，通过可控的分子工程设计，使得多环芳烃体系可以具有多样化的结构组成并且性能可调。.主要研究内容、重要结果、关键数据及其科学意义：（1）研究合成及表征了超级Z型并九苯，作为迄今为止最大的具有Z型并苯结构的新型有机单线态双自由基分子，宏观上表现出特殊的光学现象和顺磁特性。我们采用一种独特的，全新的化学合成方法，通过对其活性位点的保护，通过分子的修饰增加其溶解度，降低分子在溶剂中的堆积，从而达到提高最终分子的稳定性，保护分子的化学活性，降低分子间的堆积作用，增强分子的溶解度，从而使得所做的研究具有更大的可靠性和合理性。这类材料有望应用于非线性光学、有机电子学、有机自旋磁电子学以及分子磁体等前沿科学领域，同时，此研究论文被选为封面文章及JACS Spotlight文章，具有一定的学术价值。（2）一种新型的具有推拉结构的醌式芘衍生物被制备，它同时具有三种共振形式：闭壳态、开壳双自由态和闭壳离子态，此三种共振形式对分子的电子基态都有一定的贡献作用，在不同的溶剂环境下，我们制备的染料分子具有自由基特征指数溶剂化依赖性和负溶剂化显色效应，此类结构的分子，在现存仅有的双自由基材料中非常罕见，因此，对于研究双自由分子的环境影响作用具有一定积极的意义。（3）我们对具有不同边缘结构的石墨烯分子片段进行了系统的总结，撰写高档次学术论文，对多环芳烃磁性材料的未来发展有着重要的科学意义。