新型二维分子晶态材料的可控构筑与光电性质调控

In this project, molecular topology will be applied to find novel optoelectronic two dimensional molecular semiconductors from organic building blocks with delocalized π electrons and assembly functions through versatile synthetic reactions, taking into account of the fundamental issues of structure, energy and property matching between molecular backbones and linking groups involved in. New methods will be developed to prepare two-dimensional crystalline molecular semiconductors and to tune their aggregated structures. The formation mechanism and growth kinetics of these aggregated structures of two-dimensional crystalline molecular semiconductors will be addressed. The correlation of structure, property and performance of these materials will be fully explored as well. Two-dimensional crystalline molecular semiconductor materials and their aggregated structures showing excellent optoelectrical properties thereof can be achieved through such systematic investigation. Efficient regulation of structure, morphology, size, ordering, and performance of two-dimensional crystalline molecular semiconductor materials and their aggregated structures will be fulfilled to promote their application in the fields of catalysis, environment, energy and electronics.

本研究根据分子拓扑学以及分子骨架基团与连接基团的结构、能量和性质的匹配性，从具有离域π电子及组装功能的有机半导体构筑单元的设计入手，利用有机构筑单元和合成反应的丰富多样性制备具有光电功能的新型二维半导体分子材料，发展二维半导体分子晶态材料的制备新方法，并调控二维分子半导体晶态材料聚集态结构。重点进行新型二维分子半导体晶态材料及其聚集态合成方法的研究，揭示二维分子半导体晶态材料聚集态结构的形成机理和生长动力学，探讨其结构与性质和性能的关系规律。通过系统研究二维分子半导体晶态材料的合成及其聚集态结构，希望获得一些具有优良光电性质的二维分子半导体晶态聚集态结构和材料，实现对其结构、形貌、尺寸、有序性以及性能的有效调控，为此类材料在催化、环境、能源和电子等领域的应用奠定基础。

项目执行期间，在新型二维分子晶态材料的设计、合成及性质研究方面取得了预期的研究结果，实现了对新型二维晶态分子材料的可控构筑及其光电性质的调控。主要获得了系列以卟啉为结构基元的二维分子晶态材料，并实现了对其形貌结构和光电性质的调控；同时在新型二维碳材料—石墨炔的可控制备和光电性质进行了系统研究，首次研究了石墨炔的磁性，首次对石墨炔进行了化学修饰，实现石墨炔在任意有机溶剂中的溶解和分散。共发表SCI论文14篇，其中IF>7的文章7篇，应邀在Acc. Chem. Res.撰写关于二维碳材料—石墨炔的综述文章。申请发明专利4项，授权专利1项，毕业博士生3人，在读博士生3人，硕士1人，5人次被中国科学院大学评为“三好学生”。1人次担任2018年亚洲纳米会议秘书长和第三分会主席，3人次参加国际会议作邀请报告。