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石墨烯时代的稠环芳烃研究

Synbest 2019-07-01 18:17:41

稠环芳烃 (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, PAHs) 是有机化学研究中历久弥新的重要学科分支。它既与基础理论的发展密切相关 (如分子轨道理论、芳香性等),又是有机光电磁功能材料的结构基础 (如明星分子并五苯、苝二酰亚胺等),在光子学、电子学、生物成像与治疗等领域具有广阔的应用前景。

21世纪石墨烯的兴起,为稠环芳烃研究提供了新的视角。稠环芳烃的一维拓展可构成石墨烯纳米带,二维拓展则形成石墨烯(如图所示)。因此,它一方面可作为模型分子,帮助理解石墨烯纳米带及石墨烯的结构与性质;另一方面也可作为分子前驱体,实现石墨烯纳米带的精准合成及高质量石墨烯的制备。Klaus Müllen教授和王小野研究员的综述文章,就稠环芳烃研究提出了新的见解。文章首先综述了稠环芳烃的常见合成方法,然后从(1)边缘拓扑结构,(2)边缘可控修饰,(3)精准“缺陷”工程,(4)可控杂原子掺杂四个方面详细阐述了稠环芳烃与石墨烯两个领域的紧密关联。

一方面,稠环芳烃化学的发展极大促进了石墨烯量子点及石墨烯纳米带的“自下而上”精准合成,进一步推动了新兴材料的创制与发现(如石墨烯纳米带拓扑绝缘体及半导性多孔石墨烯等),也为研究石墨烯缺陷态及杂原子掺杂对电催化性能与磁性的影响提供了丰富的结构模型。另一方面,石墨烯材料的研究也不断地为稠环芳烃的简捷、高效、精准合成提出新的挑战,为纳米石墨烯分子的设计合成及应用提供新的思路。

文章指出,稠环芳烃与石墨烯两个领域应进一步交叉融合,相互合作,彼此促进,从而实现协同发展。