一系列石墨炔及石墨二炔单元结构的合成、结构与性质研究

The excellent properties of the novel carbon materials are inextricably linked to their microstructure. Originated from the structural units of graphyne and graphdiyne，phenylacetylene macrocycles (PAMs) and phenyldiacetylene macrocycles (PDMs) often referred to as phenylmultiacetylene macrocycles (PMMs). Graphyne and graphdiyne can be seen as its own PMMs structure connected repeatedly, thus the macroscopic properties of graphyne and graphdiyne are largely determined by the structures of PMMs. . PMMs are a kind of conjugated Multi-acetylene macrocyclic compounds with rigid planar, which may have many excellent optical and electrical properties. Thanks to academician Li Yuliang firstly synthesized graphdiyne in 2010, the research on the synthesis and properties of PMMs became a hot spot in academic field. Many of its excellent properties have been highlighted, such as nonlinear optical properties, self-assembly properties. Many interesting structures of PMMs have been reported. Unfortunately, the six-membered macrocyclic structures, which have the most typical structural features of graphyne and graphdiyne, have not been successfully synthesized so far. This project dedicates to design and synthesize a series of PMMs structures with the most representative structural features of graphyne and graphdiyne and to conduct a comprehensive structural characterization. Study of various properties will be conducted, including steady-state / transient spectroscopy, thermal desorption spectroscopy, molecular simulation and so on.

新型碳材料的各种优异性质与其结构密不可分。源自石墨炔及石墨二炔结构单元的PAMs或PDMs常都称为PMMs。石墨炔及石墨二炔可看作是各自的PMMs结构不断重复而构成，故而PMMs结构很大程度上决定了石墨炔材料的宏观性质。. PMMs是一类具有刚性平面特征的共轭多炔大环化合物，其本身也具有许多优异的光、电性质。2010年李玉良院士合成首例石墨二炔以来，PMMs的合成与性质研究成为国际上学术研究的热点。其许多优良的性质已然凸显，如非线性光学性质、自组装性质等。许多漂亮的PMMs结构已见报道，但最具有石墨炔、石墨二炔代表性结构特征的六元大环单元结构至今尚未成功合成。本项目拟设计合成一系列最具石墨炔、石墨二炔代表性结构特征的PMMs结构，并进行全面的结构表征。随后进行相关性质研究，包括稳态/瞬态光谱、热脱附谱、分子模拟等。

石墨炔/石墨二炔是继富勒烯、碳纳米管、石墨烯之后，新的碳同素异形体。中科院化学所李玉良院士课题组2010年率先合成了石墨二炔，随后北京大学刘忠范院士及合作者2017年首次合成了β-石墨二炔，青岛科技大学赵英杰教授课题组2021年首次合成了石墨四炔。伴随着新的碳同素异形体的不断出现，其相关的亚单元结构苯多炔大环化合物（PMMs）的合成与性质研究也成为了一个新的研究领域。.目前世界上多个研究组对石墨炔/石墨二炔亚单元结构都进行了合成及性质研究，报道了许多优秀的研究工作，但一系列最具代表性的、合成难度大的PMMs其结构及性质尚未见报道。本项目的主要研究内容包括两部分：一是探索这些石墨炔/石墨二炔新亚单元结构的合成方法；二是研究这些新结构的性质并探究其性质与结构的关系。.经过大量的合成尝试，我们最终实现了两例石墨炔/石墨二炔新亚单元结构、两例关键前体的首次合成，并发展了一条石墨炔结构单元的简洁合成新方法。经过对这些结构的性质研究，我们首次发现了两例石墨炔亚单元结构稳定的光致发光、双极电致发光性质，并通过DFT计算化学模拟，阐释了这些性质与结构的关系，这为后续发展相关的功能材料奠定了理论基础。.对所合成的新亚单元结构及其合成中间体，我们进行了充分的结构表征与性质测试，包括IR、MS、NMR、XRD、PL、ECL、DFT等。通过这些数据，我们确证了目标分子的结构，发现了其特殊的性质，阐释了其性质与结构的关系，这些功能分子本身以及以此作为先导化合物而进一步发展的衍生功能材料将在OLED显示器件、荧光标记、生物传感器、防伪标记、荧光指示剂等方面具有广泛的应用前景。