石墨烯纳米带（graphene nanoribbons, GNRs）因带隙可调、载流子输运优异，被认为是下一代纳米电子与光电器件的候选材料之一。要想实现对GNR光电性质的精确调控，边缘功能化是有效手段。现实困难在于两点：其一，结构精确的功能化纳米带合成门槛高；其二，纳米带骨架强 π–π 堆叠，往往难以在溶液中实现单根分散，导致许多本征光电性质被聚集效应掩盖，边缘官能化的探索也因此受限。
在这项工作中，作者在溶液相首次合成了卟啉基团分别锚定在纳米带相对两侧边缘的石墨烯纳米带（GNR-Por）。纳米带主链为chevron型，骨架宽度约0.94 nm，并通过前驱体聚合与后续环化（graphitization）获得不同长度（平均约10–60 nm）的一系列样品。体积庞大的卟啉侧基则带来显著的位阻效应：理论计算显示其可诱导纳米带形成周期性“波浪形”结构（周期约15.9 Å），从而拉开分子间距离、削弱π–π堆叠。得益于此，GNR-Por在常见有机溶剂中表现出优异分散性（例如THF中浓度可达1 mg mL⁻¹），并能在稀溶液（<5 μg mL⁻¹）实现单根分散，为探测单根纳米带的本征性质提供了前提。
图1. GNR-Por的合成以及波浪型结构
作者采用光泵-太赫兹探测（OPTP）研究不同长度样品的瞬态光电导，发现光电导随纳米带长度显著提升；对最长的GNR-Por-60，通过Drude–Smith模型拟合得到载流子散射时间τDS=70±5 fs，并据此估算其本征载流子迁移率可达~460±30 cm² V⁻¹ s⁻¹，处于已报道GNR材料的高水平之一。
图2. GNR-Por载流子迁移率研究
更令人惊喜的是，边缘卟啉不仅改善分散性，还为纳米带引入了新的发光行为。固态 GNR-Por 在近红外区出现室温磷光发射（~840 nm），寿命约1.3 μs；该发射峰形与对照卟啉（TPP）明显不同，结合瞬态吸收等结果，作者将其归因于纳米带骨架的三重态发射。与此同时，超快光谱揭示了从卟啉向GNR骨架的能量转移过程：对最长样品，能量转移速率常数可达6.7 ps⁻¹（从卟啉激发态向 GNR 的超快转移），并伴随卟啉荧光被显著淬灭与纳米带相关发射特征的出现。换言之，卟啉功能化在这里同时扮演了溶解/分散调控器与光物理功能触发器的双重角色。
图3. GNR-Por能量转移研究
总结
该工作展示了一条可推广的设计策略：通过引入大尺寸、具有特殊光电功能的边缘基团，纳米带的独特的周期性“波浪状”结构，进而在溶液相获得单根分散，并解锁其本征输运与新型发光行为。高迁移率与近红外室温磷光的结合，也使这类材料在溶液加工的单分子晶体管与磷光相关光电应用等方向展现潜力。
原文
Porphyrin-Functionalized Graphene Nanoribbons in Solution Phase
Yucheng Yin, Fugui Xu*, Mateusz Wlazło, Yu Chen, Guanzhao Wen, Gangamallaiah Velpula, Steffen Böckmann, Michael Ryan Hansen, Steven De Feyter, Kunal S. Mali, Weimin Liu, Silvio Osella, Mischa Bonn, Hai I. Wang*, Klaus Müllen, Xinliang Feng, Yiyong Mai*
J. Am. Chem. Soc., 2026, DOI: 10.1021/jacs.5c15646
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