Terrylene diimides (TDI) 是一種廣泛應用于癌癥診療、太陽能電池和單分子光譜等領域的重要有機染料。傳統的TDI結構修飾策略主要集中在改變烷基側鏈以調控堆積方式，或在共軛骨架上衍生不同取代基，而對分子稠環骨架本身的改造卻很少見。B-N單元嵌入的多環芳烴 (PAHs) 因其獨特的光電性能和固態相互作用而備受關注。B-N單元的引入不僅可以提高共軛骨架的氧化穩定性，還可以通過BN偶極相互作用構建獨特的超分子結構。因此，將B-N單元嵌入TDI分子對于TDI分子的改性和硼氮雜多環芳烴的性能研究來說都具有重要意義。近日，北京大學的裴堅-王婕妤課題組從硼氮萘出發實現了一系列嵌入B-N單元的TDI分子 (BN-TDIs) 的模塊化合成。
通過控制B-N單元的數量和排列方向，研究人員能夠調控這些分子的偶極矩和光電性質。B-N單元的引入不僅改變了分子的對稱性，還增強了分子間的靜電相互作用。通過研究BN-TDIs的單晶結構可以發現其在固態下相較于傳統TDI表現出更短的羰基-π距離，其中BNBN-TDI的羰基-π距離可縮短至3.19 ?，而TDI的羰基-π距離則為3.28 ?。更短的羰基-π距離意味著更強的分子間羰基-π作用力，這為構建新穎的超分子結構提供了可能。對分子靜電勢的研究發現，B-N單元中的N原子由于孤對電子填充到了B原子的空軌道上而顯正電，同時羰基的氧原子由于強電負性而顯負電。因此，羰基與含有B-N單元的萘片段會有更強的靜電相互作用，這也解釋了BN-TDIs為何具有更短的碳基-π距離。當分子內的B-N單元朝向一致時，其熒光光譜拓展到了近紅外區 (> 900 nm)，這使得其在生物成像等領域具有潛在的應用價值。此外，這一系列BN-TDIs在有機薄膜場效應晶體管中表現出優異的電子傳輸性能，尤其是BN-TDI-S的平均電子遷移率 (0.03 cm2 v-1 s-1) 甚至超過了傳統的TDI分子 (0.017 cm2 v-1 s-1)。 這項研究通過高效的模塊化方法首次實現了雜原子嵌入的TDI分子的構筑，并通過B-N單元的嵌入改造成功調控了TDI分子的光電性質。BN-TDIs不僅具有獨特的光學性質，還在晶體管器件中表現出更優異的電子傳輸特性，為未來的光電應用提供了新的材料體系。 論文信息 A Modular Approach Toward BN-Embedded Terrylene Diimides Kexiang Zhao, Yu-Chun Xu, Jing-Cai Zeng, Yang-Kun Qu, Jie-Yu Wang, Jian Pei 文章的第一作者是北京大學的博士后趙科翔（現為JSPS特別研究員）。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202503571
