稠環(huán)芳烴 (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, PAHs) 是有機(jī)化學(xué)研究中歷久彌新的重要學(xué)科分支。它既與基礎(chǔ)理論的發(fā)展密切相關(guān) (如分子軌道理論、芳香性等),又是有機(jī)光電磁功能材料的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ) (如明星分子并五苯、苝二酰亞胺等),在光子學(xué)、電子學(xué)、生物成像與治療等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
21世紀(jì)石墨烯的興起,為稠環(huán)芳烴研究提供了新的視角。稠環(huán)芳烴的一維拓展可構(gòu)成石墨烯納米帶,二維拓展則形成石墨烯(如圖所示)。因此,它一方面可作為模型分子,幫助理解石墨烯納米帶及石墨烯的結(jié)構(gòu)與性質(zhì);另一方面也可作為分子前驅(qū)體,實(shí)現(xiàn)石墨烯納米帶的精準(zhǔn)合成及高質(zhì)量石墨烯的制備。Klaus Müllen教授和王小野研究員的綜述文章,就稠環(huán)芳烴研究提出了新的見解。文章首先綜述了稠環(huán)芳烴的常見合成方法,然后從(1)邊緣拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),(2)邊緣可控修飾,(3)精準(zhǔn)“缺陷”工程,(4)可控雜原子摻雜四個(gè)方面詳細(xì)闡述了稠環(huán)芳烴與石墨烯兩個(gè)領(lǐng)域的緊密關(guān)聯(lián)。
一方面,稠環(huán)芳烴化學(xué)的發(fā)展極大促進(jìn)了石墨烯量子點(diǎn)及石墨烯納米帶的“自下而上”精準(zhǔn)合成,進(jìn)一步推動了新興材料的創(chuàng)制與發(fā)現(xiàn)(如石墨烯納米帶拓?fù)浣^緣體及半導(dǎo)性多孔石墨烯等),也為研究石墨烯缺陷態(tài)及雜原子摻雜對電催化性能與磁性的影響提供了豐富的結(jié)構(gòu)模型。另一方面,石墨烯材料的研究也不斷地為稠環(huán)芳烴的簡捷、高效、精準(zhǔn)合成提出新的挑戰(zhàn),為納米石墨烯分子的設(shè)計(jì)合成及應(yīng)用提供新的思路。
稠環(huán)芳烴與石墨烯兩個(gè)領(lǐng)域應(yīng)進(jìn)一步交叉融合,相互合作,彼此促進(jìn),從而實(shí)現(xiàn)協(xié)同發(fā)展。