石墨烯時代的稠環芳烴研究

Synbest 2019-07-01 18:17:41

稠環芳烴 (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, PAHs) 是有機化學研究中歷久彌新的重要學科分支。它既與基礎理論的發展密切相關 (如分子軌道理論、芳香性等)，又是有機光電磁功能材料的結構基礎 (如明星分子并五苯、苝二酰亞胺等)，在光子學、電子學、生物成像與治療等領域具有廣闊的應用前景。

21世紀石墨烯的興起，為稠環芳烴研究提供了新的視角。稠環芳烴的一維拓展可構成石墨烯納米帶，二維拓展則形成石墨烯（如圖所示）。因此，它一方面可作為模型分子，幫助理解石墨烯納米帶及石墨烯的結構與性質；另一方面也可作為分子前驅體，實現石墨烯納米帶的精準合成及高質量石墨烯的制備。Klaus Müllen教授和王小野研究員的綜述文章，就稠環芳烴研究提出了新的見解。文章首先綜述了稠環芳烴的常見合成方法，然后從（1）邊緣拓撲結構，（2）邊緣可控修飾，（3）精準“缺陷”工程，（4）可控雜原子摻雜四個方面詳細闡述了稠環芳烴與石墨烯兩個領域的緊密關聯。

一方面，稠環芳烴化學的發展極大促進了石墨烯量子點及石墨烯納米帶的“自下而上”精準合成，進一步推動了新興材料的創制與發現（如石墨烯納米帶拓撲絕緣體及半導性多孔石墨烯等），也為研究石墨烯缺陷態及雜原子摻雜對電催化性能與磁性的影響提供了豐富的結構模型。另一方面，石墨烯材料的研究也不斷地為稠環芳烴的簡捷、高效、精準合成提出新的挑戰，為納米石墨烯分子的設計合成及應用提供新的思路。

文章指出，稠環芳烴與石墨烯兩個領域應進一步交叉融合，相互合作，彼此促進，從而實現協同發展。