量子技術(shù)的發(fā)展具有重大科學(xué)意義和戰(zhàn)略價(jià)值。量子技術(shù)的應(yīng)用比如量子通信，量子計(jì)算機(jī)、量子儲(chǔ)存等將極大改善我們的未來(lái)生活。發(fā)展新型磁性材料以作為自旋量子單元對(duì)量子技術(shù)應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)尤為重要。有機(jī)磁性材料與無(wú)機(jī)磁性材料相比，具有以下優(yōu)勢(shì): (1) 較容易通過(guò)分子設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)化學(xué)修飾多樣性以及良好的磁響應(yīng)特性; (2) 弱自旋軌道耦合作用和超精細(xì)相互作用提供了較長(zhǎng)的自旋相干時(shí)間。其中具有高自旋基態(tài)的開(kāi)殼多稠環(huán)芳烴因其獨(dú)特的電子和磁性以及有趣的量子特性成為有機(jī)電子和自旋電子器件應(yīng)用的潛在候選者。
然而，這種高自旋基態(tài)的開(kāi)殼多稠環(huán)芳烴一般穩(wěn)定性較差，合成十分具有挑戰(zhàn)性。比如環(huán)庚[def]芴，作為芘的七種非交替(non-alternant) 異構(gòu)體之一，一直引人青睞。早期大量理論計(jì)算也表明該分子具有三線態(tài)基態(tài)，但是這種高自旋的基態(tài)導(dǎo)致了分子本身的不穩(wěn)定性使得該分子的合成極具挑戰(zhàn)性。
近日，馮新亮教授 (德國(guó) TU Dresden 和MPI Halle) 和牛津大學(xué)的Lapo Bogani教授團(tuán)隊(duì)合作，基于環(huán)庚[def] 芴(Cyclohepta[def]fluorene)單元，通過(guò)不斷增加苯并稠環(huán)的個(gè)數(shù)，設(shè)計(jì)并合成了一系列環(huán)庚[def]芴的苯并衍生物 (化合物1-3), 研究表明該系列碳納米結(jié)構(gòu)均能表現(xiàn)出開(kāi)殼雙自由基共振結(jié)構(gòu)并表現(xiàn)出單線態(tài)基態(tài)和極小的單線態(tài)和三線態(tài)基態(tài)能隙。
高分辨的基質(zhì)輔助飛行時(shí)間質(zhì)譜(HR-MALDI-TOF MS) 分析和 紫外-可見(jiàn)光-近紅外分光光度計(jì)(UV-vis-NIR)可驗(yàn)證了 1-3 的結(jié)構(gòu)組成?；衔?-3具有雙自由基，在紅外區(qū)表現(xiàn)出弱和寬的吸收，它們具有極窄的光學(xué)能隙（1-3分別為0.54、0.52和0.69 eV）。實(shí)驗(yàn)表明，通過(guò)稠環(huán)苯環(huán)在環(huán)庚[def]芴骨架上對(duì)其穩(wěn)定性的提供有明顯作用。通過(guò)變溫的電子順磁共振 (VT EPR) 結(jié)果表明，1-3 具有單線態(tài)基態(tài)，并具有極小的單重態(tài)-三重態(tài)能隙。 本工作中，作者通過(guò)將非交替單元引入苯型 PHs 中設(shè)計(jì)合成了一系列具有極低單線態(tài)-三線態(tài)能隙的開(kāi)殼 PHs。該工作在設(shè)計(jì)具有高自旋基態(tài)的非交替開(kāi)殼 稠環(huán)芳烴結(jié)構(gòu)，以及其中的結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系提供了新的見(jiàn)解。 論文信息 Benzo-Extended Cyclohepta[def]fluorene Derivatives with Very Low-Lying Triplet States Fupeng Wu, Dr. Ji Ma, Dr. Federico Lombardi, Dr. Yubin Fu, Dr. Fupin Liu, Zhijie Huang, Renxiang Liu, Dr. Hartmut Komber, Dr. Dimitris I. Alexandropoulos, Dr. Evgenia Dmitrieva, Dr. Thorsten G. Lohr, Noel Israel, Dr. Alexey A. Popov, Dr. Junzhi Liu, Prof.?Dr. Lapo Bogani, Prof.?Dr. Xinliang Feng 文章的第一作者是德累斯頓工業(yè)大學(xué)的博士生吳福鵬，通訊作者為：馬驥博士，Lapo Bogani教授和馮新亮教授 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202202170
