纳米石墨带(Graphene nanoribbons, GNRs)具有优异的光电性能，在有机光电功能器件构筑方面具有良好的应用前景，引起了基础科学领域和产业界的共同关注。GNRs的光电性能与其宽度和边缘的几何结构紧密相关，因此如何精准控制这两个结构参数是发展高性能GNRs的关键。

采用溶液法合成GNRs能精准控制其宽度和边缘几何结构，并且可实现GNRs的宏量制备、边缘功能化、元素掺杂等。最近，邵向锋课题组发展了一种GNRs的溶液合成新方法。他们以廉价易得的六丁氧基苯并菲（HBT）为原料，采用前期发展的方法制备了化合物1（X. Shao, et al., Angew. Chem. Int. Ed., 2022, 61, e202117504）。化合物1在Cu/CuI 的催化下，发生了脱氧偶联反应形成了2HBT（产率 >93%），同时有少量化合物2 和 3生成（图1）。通过反应产物结构分析（包括晶体结构解析），并与功能有机分子化学国家重点实验室天然产物全合成/有机合成方法学的学者反复讨论，他们提出了该反应的发生途径。以此方法为基础，他们以可观产率合成了3HBT和4HBT，实现了GNRs共轭结构的扩展。化合物2HBT、3HBT、4HBT的所有边缘均呈扶手椅结构，为全扶手椅型石墨烯纳米带（Fully armchair-edged GNRs）。

图1. 基于铜催化脱氧偶联反应的石墨烯纳米带合成、反应机理及结构扩展

他们获得了化合物2HBT、3HBT、4HBT的高质量单晶。晶体结构分析表明，2HBT、3HBT和4HBT均具有扭曲的π-共轭骨架，归因于其扶手椅湾位丁氧基之间的空间位阻。以4HBT为例（图2），新形成的六元环（灰色填充）具有明显的键长交替特征（1.45 Å 和 1.41 Å）且偏离平面结构。相邻的HBT结构单元相互扭曲，二面角为31.9º~36.5º。源于扭曲π-共轭结构，4HBT分子之间并未形成紧密的π-π堆积。

图2. 化合物4HBT的晶体结构；为清晰展现共轭结构，丁基被忽略。

采用电化学、光物理性能测试、理论计算，他们详细研究了2HBT、3HBT、4HBT的电子结构，并发现随着共轭尺寸扩张，化合物的富电子特征显著增强（图3a–3b），而且S0→S1的电子跃迁得到明显提升，表现为长波段的强吸收（图3c）。化合物2HBT、3HBT、4HBT分别呈现天青色、黄色及红色荧光（图3d），其中4HBT的绝对荧光量子产率达到81%，为有机红色荧光染料中最高之一；此外，它们具有固荧光，并呈现双光子诱导的荧光发射现象。溶液和固态的强荧光归因于扭曲的π-共轭骨架阻止了分子内和分子间π-轨道重叠，抑制了分子内和分子间的能量转移损失。

     图 3. 化合物的电化学和光物理性能：a) 4HBT 的循环伏安（CV）和差分脉冲伏安（DPV）谱；b）2HBT–4HBT的DPV谱；

c) HBT–4HBT的紫外-可见吸收谱；d) 2HBT–4HBT的荧光发射谱

该工作为创制具有优异光学性能的GNRs提供了新方法，文章发表在Angewandte Chemie International Edition (DOI: 10.1002/anie.202210924)