冯新亮/麦亦勇等Angew.：精细工程纳米孔自下而上溶液合成GNRs

在石墨烯纳米结构（graphene nanostructures）中加入纳米孔已被证明是调整其带隙和电子结构的一种有效方法。然而，由于缺乏有效的合成策略，在原子水平上精确地将均匀纳米孔嵌入石墨烯纳米带（graphene nanoribbons, GNRs）仍有待进一步提高，特别是在溶液合成中。

基于此，德累斯顿工业大学冯新亮院士和Ji Ma、上海交通大学麦亦勇教授等人报道了首个通过预先安装六方纳米孔的定制聚苯前驱体（P1）的高效Scholl反应，溶液合成具有完全共轭骨架的多孔GNR（pGNR）的案例。

为实现pGNR完整的偶联和精确的多孔结构，定制具有菲单元和预安装六边形孔的大环单体是必不可少的。由于这种精巧的设计，所得到的pGNR具有直径为0.6 nm的周期性六边形孔，相邻孔距为1.7 nm。通过傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、拉曼光谱和固态核磁共振光谱，以及合成具有相同六方纳米孔的两种模型化合物，pGNR的化学性质得到了明确的验证。

密度泛函理论（DFT）模拟表明，对比无孔pGNR，pGNR中的纳米孔可以有效地调节其电子结构和能级分布。所制备的pGNR具有良好的色散性和良好的分辨吸收，在四氢呋喃（THF）中具有568 nm的最大峰，对报道的具有相似宽度的溶液合成GNRs，其光学带隙扩大了约2.0 eV，其带隙在1.1-1.88 eV之间，与计算趋势很好地吻合。该研究为多孔GNRs的溶液合成铺平了道路，这些多孔GNRs具有良好的孔隙，可调的带隙和液相可加工性，使其在滤波，传感和热电器件中具有潜在的集成能力。

图文导读

图1. 多孔GNRs的合成示意图

图2. 模型化合物1a和1b的合成示意图

图3. 模型化合物1a和1b的结构表征

图4. pGNR的合成路线和DFT模拟

图5. pGNR的光谱表征

图6. DFT计算

总结展望

总之，作者展示了首个成功的自下而上的解决方案，即合成了含有明确纳米孔的全共轭pGNR。其关键是定制的聚苯前驱体带有预先安装的六边形纳米孔，从而能够以完整的共轭和精确嵌入直径为0.6 nm，邻接孔距为1.7 nm的纳米孔进入pGNR。pGNR的合成已通过各种光谱研究和模拟进行了彻底的检验，并成功合成了两种模型化合物。

DFT模拟证实了pGNR中的纳米孔可以在不中断带共轭的情况下调制电子结构和微调带隙。由于定制的孔径/密度，这种溶液合成的pGNR具有调制带隙，增强的液相可加工性和可扩展生产，在热电子学、离子检测等许多应用中具有巨大的潜力。

Bottom-up Solution Synthesis of Graphene Nanoribbons with Precisely Engineered Nanopores. Angew. Chem. Int. Ed., 2023, DOI: 10.1002/anie.202305737.

通讯作者简介

冯新亮，德国德累斯顿工业大学首席教授、在德国获得化学学科终身教职的华人第一人；欧洲科学院院士；上海交通大学化学化工学院教授。研究兴趣方向：基于芳香耦联的有机合成方法学，共轭pi-体系分子的有机设计和合成，基于pi-体系分子的超分子化学，二维纳米石墨烯的合成研究，盘状液晶分子的合成和自组织研究，设计合成共轭寡聚物和高分子以及在有机电子学器件的测试和表征研究（主要基于有机发光、场效应晶体管和有机薄膜太阳能电池材料），宏量制备高质量二维石墨烯材料研究，合成水溶和油溶可加工石墨烯研究，基于石墨烯的二维纳米能源材料和电子器件研究，基于石墨烯电极材料在太阳能电池和场效应晶体管器件的应用研究，有机和高分子多孔材料的合成和应用研究（主要包括储氢和催化材料），可控纳米结构功能碳材料、有机/无机杂化材料的设计合成及其在能源储存和转化的应用研究（主要基于超级电容器，锂离子电池，光解水，燃料电池电极材料和催化剂的研究）。其它详见课题组网址：https://www.chm.tu-dresden.de/mc2/index_en.shtml.

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冯新亮/麦亦勇等Angew.：精细工程纳米孔自下而上溶液合成GNRs

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