纳米石墨烯的结构控制是调控其能隙的重要手段之一。迄今为止，常见的纳米石墨烯的主要合成手段是通过前驱体分子在液相中由路易斯酸以及氧化剂的辅助下的氧化脱氢环化实现的。然而这一方法受限于前驱体分子反应位点的选择性，很多情况下难以实现纳米石墨烯的高效合成。因此，控制碳氢活化反应的位点选择性成为精准合成并控制纳米石墨烯结构的重要环节。
近日，苏州大学的迟力峰教授与德国马普所的Klaus Müllen教授及Akimitsu Narita博士合作，深入研究了吸附在Cu(110)和Au(111)表面上的四萘基对三联苯（TNTP）分子的选择性碳氢活化反应，并以此合成具有特定结构的纳米石墨烯分子。扫描隧道显微镜（STM）以及化学键分辨的原子力显微镜（AFM）成像证明，TNTP分子在表面以很高的位点选择性发生碳氢活化从而形成平面型平行并六苯类似物（dibenzoperihexacene），这一反应路径与对应的液相反应相比完全不同。结合密度泛函理论计算（DFT），分子平面化的反应路径以及反应中间态构型也得到确定。进而，他们以四蒽基对三联苯作为前驱体进一步合成出平行并八苯类似物（dibenzoperioctacene）。结合AFM成像以及扫描隧道谱学分析，揭示了纳米石墨烯产物中的平行并六苯和平行并八苯结构，同时其分别具有2.1 eV和1.3 eV的能隙。文章中合成的这两种纳米石墨烯分子也是目前报道的最大的碳氢平行并苯类似物。
这一研究成果近期发表在J. Am. Chem. Soc. (DOI: 10.1021/jacs.9b01267)上。苏州大学FUNSOM的博士生仲启刚和德国马普所的博士后胡云宾为论文的共同第一作者。该工作得到了科技部和国家自然科学基金等的支持。
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【有机】表面诱导选择性碳氢活化精准合成纳米石墨烯
Benzo-Fused Periacenes or Double Helicenes? Different Cyclodehydrogenation Pathways on Surface and in Solution
Qigang Zhong, Yunbin Hu, Kaifeng Niu, Haiming Zhang, Biao Yang, Daniel Ebeling, Jalmar Tschakert, Tao Cheng, André Schirmeisen, Akimitsu Narita, Klaus Müllen, Lifeng Chi
J. Am. Chem. Soc., 2019, 141, 7399–7406, DOI: 10.1021/jacs.9b01267
导师介绍
迟力峰
https://www.x-mol.com/university/faculty/18377
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