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北京师范大学柯贤胜团队：碳杂卟啉策略实现纳米石墨烯的金属精准掺杂

2025-03-28 16:03:15 来源：北京师范大学

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简介：团队成功合成了HBCP与三价铜、银、金阳离子的金属配合物HBCP-M，并通过单晶结构分析，揭示了配位金属后，分子骨架从弯曲构型向近似平面的转变，同时金属化后体系的反芳香性也有所减弱。

纳米石墨烯，作为石墨烯的纳米级形态，因其独特的电子结构，在纳米电子学、光电子学及自旋电子学等多个领域展现出了广阔的潜在应用价值。杂原子掺杂已被证明是调控纳米石墨烯电子结构的有效手段，然而，相较于杂原子掺杂的广泛研究，纳米石墨烯的金属精准掺杂却鲜有报道。

碳杂卟啉策略实现纳米石墨烯的金属精准掺杂

近日，北京师范大学柯贤胜课题组经过长达四年的潜心研究，成功发展出一种新型的纳米石墨烯配体——HBCP，并实现了对11族金属（铜、银、金）的精准掺杂。该团队通过将二吡咯甲烷片段巧妙地引入到经典的六苯并蔻（HBC）骨架中，成功合成了具有-3价空腔的纳米石墨烯配体HBCP。光谱分析和理论计算均表明，HBCP呈现出一种弱反芳香性。

经过一系列的努力，团队成功合成了HBCP与三价铜、银、金阳离子的金属配合物HBCP-M，并通过单晶结构分析，揭示了配位金属后，分子骨架从弯曲构型向近似平面的转变，同时金属化后体系的反芳香性也有所减弱。激发态动力学研究则进一步表明，HBCP与HBCP-M在激发态动力学上存在显著差异，这归因于金属-配体相互作用对纳米石墨烯配体π电子结构的显著扰动。

碳杂卟啉策略实现纳米石墨烯的金属精准掺杂

这一研究成果不仅首次在分子层面上明确提出了纳米石墨烯精准金属掺杂的概念，还为开发结构、电子特性及化学性质可调的新型纳米石墨烯材料奠定了坚实的基础。该工作得到了多位国际知名学者的支持与合作，相关成果已在《自然-通讯》上发表。北京师范大学作为该工作的第一单位，其化学学院2021级博士生何浩丹为论文的第一作者。该工作得到了国家自然科学基金及北京师范大学的经费支持，是团队在纳米石墨烯研究领域取得的又一重要突破。