資源化學教育部重點實驗室肖勝雄教授團隊在非平面富碳分子研究領域取得新的進展，相關成果近日以上海師範大學為第一署名單位在國際期刊《德國應用化學》（Angewandte Chemie International Edition）上在線發表，論文題為《Stringing the PDI Bow》。論文第一作者為bevictor伟德官网劉泰峰老師，論文共同通訊作者為我院肖勝雄教授和來自論文第二通訊單位哥倫比亞大學的Colin Nuckolls教授和Michael L. Steigerwald研究員。
非平面富碳分子具有獨特的非平面結構，能夠顯著改變分子的電子分布、HOMO/LUMO能級和堆積方式，在有機光電子學領域具有重要的研究意義。在以往的報道中，研究人員主要是通過引入非六元環、邊緣位阻或逐步引入環張力來構建非平面富碳分子材料。近年來，将稠環分子彎曲成弓形（Bow）或腰帶形（Belt）成為一個重要的研究熱點，其主要原因在于這類分子不僅具有獨特構型和物理化學性質，它們還有可能作為制備單壁碳納米管的原料。然而，已報道的該類材料的合成方法都需要通過多步反應來引入張力，仍缺少一種簡單、快捷、有效的合成策略。
團隊成員以苝二酰亞胺（PDI）為主體分子，選擇不同長度/位阻的連接單元（Strings），通過一步四重Suzuki反應獲得了四種不同彎曲程度的苝二酰亞胺弓形分子（PDI Bow）。光譜和電化學測試表明，與已報道的其它方式扭曲的PDI不同，弓形PDI随彎曲程度增加，其還原能力逐漸增強（LUMO降低）。結合DFT計算，該論文很好地解釋了弓形彎曲對PDI的HOMO/LUMO能級的調控機制。這種弓形彎曲具有重要的科學意義，比如可以同時實現對PDI的單線态和三線态能級的調控，從而增強弓形PDI分子的單線态裂分，進而在太陽能電池應用中實現光電轉化率的成倍增長，相關研究成果前期已在J. Am. Chem. Soc.,2019, 141, 13143−13147上發表。
此外，變溫1H NMR表明，采用不同弓弦（連接單元）的PDI弓形分子在溶液中具有不同的動力學特點：當彎曲度較小時，PDI弓形分子存在順/反（anti-/syn-）兩種構象（分别有特定的轉化溫度），而且弓弦的中間單元（苯環或噻吩）在所測溫度内始終能夠自由轉動；而彎曲度較大的PDI弓形分子不存在其它構象，且弓弦的中間單元（苯環或噻吩）隻能在一定的溫度範圍内自由轉動。關于該類弓形分子的構型對溫度的敏感性及其豐富的分子動力學行為的報道在相關領域常屬首次，後續其它PDI弓形分子的相關研究工作還在進行當中。
該系列工作得到了國家基金委、資源化學教育部重點實驗室、資源化學國際合作聯合實驗室、上海市稀土功能材料重點實驗室、上海市高峰高原學科、教育部創新團隊、上海市綠色能源化工工程技術研究中心和人事處的資金支持。