内蒙古大学朝鲁门团队: 性能新颖的交替扭曲纳米石墨烯

研究背景

将 B、N、O、P、S 等非 C 原子嵌入纳米石墨烯，是调控其电子、氧化还原、光学及手性性质的有效手段。其中氮原子嵌入的研究最为广泛，以含氮芳环取代苯环，是制备氮杂纳米石墨烯的基本策略。

近年来，科研人员已构建出平面型、螺旋型、碗型、弯曲型等结构的氮杂纳米石墨烯分子，并围绕其金属配位、分子动力学、手性光学及超分子组装等应用开展研究。但目前，扭曲结构对氮杂纳米石墨烯理化性质的影响，尚未被充分了解。

研究内容

近日，内蒙古大学的朝鲁门博士带领研究团队与内蒙古大学白风华教授和日本京都大学的橋川祥史博士合作报道了一种以二喹喔啉并芘为核心的交替扭曲氮杂纳米石墨烯，已证实其保留了二喹喔啉并芘的电子特性，因此它具有优秀的电子接受能力以及较低的 LUMO 能级。

图 1. 扭曲含氮纳米石墨烯的合成和性质

该研究合成了一种以二喹喔啉并芘为核心的扭曲纳米石墨烯分子，研究发现该分子具有交替扭曲构型，在缺电子型二喹喔啉并芘与共轭拓展的协同作用下具有三电子接受能力。该分子展现出红色荧光特性，主要是因为二喹喔啉并芘核心扭曲使其 HOMO 轨道能量升高，从而降低光学能隙；另外其 S0 与 S1 结构相差较大，导致了较大的 Stokes 位移；同时该分子对 Ag⁺ 的荧光探针功能，在光电材料和化学传感领域具有潜在的应用价值。

该成果以“Synthesis of a twisted azananographene featuring a diquinoxaline-fused pyrene”(《以二喹喔啉并芘为核心的扭曲含氮纳米石墨烯的合成》)为题，发表在英国皇家化学会期刊 Chemical Communication #ChemComm 上，是自发表七个月以来，被下载次数最多的论文之一。

论文信息

Synthesis of a twisted azananographene featuring a diquinoxaline-fused pyrene

Zhiyu Zhang, Zhenxun Xu, Aihui Zhang, Fenghua Bai,* Yoshifumi Hashikawa,* and Chaolumen*（朝鲁门，内蒙古大学）

Chem. Commun., 2025, 61, 11401–11404

https://doi.org/10.1039/D5CC02120K

作者信息

张智禹

本文第一作者，内蒙古大学化学化工学院化学专业博士研究生，研究方向为新型有机光电分子、新型纳米碳分子的设计与合成。

朝鲁门

本文通讯作者，内蒙古大学化学化工学院有机化学学科主任，博士生导师，骏马计划特聘教授。主要研究方向是精确合成结构新颖、物理性能突出的分子纳米碳。2017 年在京都大学化学研究所获得博士学位，之后在名古屋大学多变生物分子研究所（Institute of Transformative Bio-Molecules）从事博士后研究。获得的主要荣誉有 2015 年度国家优秀自费留学生奖、2017 年度 Reaxys PhD Prize Finalist、2019 年度 JSPS 外国人特别研究员，2023 年国家高层次留学归国人才。目前以第一作者或通讯作者的身份已发表了 20 余篇高水平论文，主要集中在 Angew. Chem. Int. Ed.（4 篇），Precis. Chem. (1 篇)；Org. Lett.（4 篇），Chem. Commun.（3 篇）等期刊上。