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西北大學韓英鋒團隊在前期穩(wěn)定碳自由基的合成及性能研究的基礎上（J. Am. Chem. Soc.2021, 143, 14428; Nat. Commun. 2022, 13, 5367; Sci China Chem.2024, 67, 2679–2685; Org. Chem. Front.2024, 11, 1076–1083），通過鍵合經(jīng)典的非交替烴薁和氮雜環(huán)卡賓成功制備了系列高穩(wěn)定且發(fā)光性質可調的碳自由基。DFT計算表明當?shù)s環(huán)卡賓連接在薁環(huán)的6號位時，其單電子自旋主要分布在薁的五元環(huán)上，具有環(huán)戊二烯自由基的特征；而當?shù)s環(huán)卡賓連接在薁環(huán)的2號位時，單電子自旋則主要分布在薁的七元環(huán)上，表現(xiàn)出環(huán)庚三烯自由基的特性。此外，氮雜環(huán)卡賓與薁環(huán)的連接方式對自由基的電子特性和發(fā)光性能具有顯著的影響。研究結果不僅在基礎科學研究中具有重要意義，也為穩(wěn)定和調節(jié)碳自由基的光電性能提供了新的策略，為實現(xiàn)碳自由基在功能材料中的實際應用奠定了基礎。

近日，西北大學韓英鋒團隊在前期發(fā)光碳自由基的合成及性能研究的基礎上（Nat. Commun.2022, 13, 5367; Sci China Chem.2024, 67, 2679?2685; J. Am. Chem. Soc.2025, 147, 6367?6372），通過調節(jié)發(fā)射態(tài)進一步實現(xiàn)了對自由基輻射和非輻射躍遷速率的有效控制，進而獲得系列高效的綠光碳自由基。實驗結果表明，自由基1b?5b呈現(xiàn)出anti-Kasha發(fā)射現(xiàn)象，具有藍色和綠色的熒光發(fā)射，其發(fā)射態(tài)主要來自D₀至D_β1的激發(fā)（圖2）。進一步研究發(fā)現(xiàn)，具有電荷轉移特性的1b和2b的Φ值分別為5.2%和8.4%。通過在1b和2b中引入供體單元—二苯胺及其衍生物等供體單元，成功構建了3b?5b的雜化局域-電荷轉移激發(fā)態(tài)；3b?5b在各自發(fā)射峰（528 nm、536 nm和534 nm）處的Φ值顯著提升，分別達到50.7%、54.2%和70.1%（圖3）。此外，自由基1b?5b表現(xiàn)出納秒級的熒光壽命（3.49?5.92 ns）。值得注意的是，與現(xiàn)有文獻報道的所有綠光碳中心自由基相比，自由基5b展現(xiàn)出最高的Φ值。理論計算結果表明，自由基中心與聯(lián)苯（Bp）或9,9-二甲基芴（Df）單元之間的強電子相互作用導致1b和2b具有較大的非輻射速率常數(shù)（k_nr）。然而，供體單元的引入不僅減弱了自由基中心與Bp或Df單元之間的電子相互作用，從而降低了k_nr，還促進了從供體單元到離域自由基單元的電子轉移過程，形成了具有較大輻射躍遷速率常數(shù)（k_r）的發(fā)射態(tài)。此外，與3b和4b相比，5b表現(xiàn)出更大的振子強度（?）和更小的激發(fā)態(tài)結構弛豫，這導致更低的k_nr和更高的Φ。同時，5b的熱穩(wěn)定性和光穩(wěn)定性分別達到217°C和1.04 × 10⁵ s，均優(yōu)于1b?4b。基于這些優(yōu)異特性，自由基5b被選為有機電致發(fā)光材料，在現(xiàn)有實驗條件下其外量子效率達到8.8%。

有機金屬超分子組裝體因多樣的結構和豐富的性質，在催化、藥物遞送、分子識別和分離等方面有著廣泛的應用。配位驅動的自組裝是構建有機金屬超分子結構的經(jīng)典方法。大多數(shù)有機金屬超分子組裝體是由過渡金屬離子和具有N-、O-、S-或P-供體基團的Werner型配體構成。近年來，以C-供體基團為特征的多齒氮雜環(huán)卡賓配體也被用于有機金屬超分子組裝體的構筑，通常按照配位定向合成的策略。利用這種策略，多齒配體的幾何限制和供體基團的空間取向可以塑造具有較高對稱性的有機金屬超分子結構。已有文獻證實雙齒配體鍵角的微小變化或者配體的柔韌性對組裝體結構具有重要影響，比如Fujita等人報道了聯(lián)吡啶配體L與金屬離子Pd²⁺配位組裝成M_nL_2n型多面體，其中n = 3、6、12、24、和60。

近日，西北大學化學與材料科學學院韓英鋒課題組與F. Ekkehardt Hahn教授合作，在前期金屬卡賓化學的研究基礎上(Chem. Rev. 2018, 118, 9587–9641; Angew. Chem. Int. Ed.2020, 59, 10073?10080; Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202409664)，設計合成一系列以9,10-取代蒽為中心連接基團的四齒氮雜環(huán)卡賓配體，研究了通過空間位阻效應調控二（苯基咪唑鎓鹽）胺上的C_phenyl–N–C_phenyl平面和蒽平面的旋轉度，可控地得到離散型的具有不同形狀的M₄L₂-，M₆L₃-和 M₈L₄-型金屬氮雜環(huán)卡賓框架化合物。