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量子技术的发展具有重大科学意义和战略价值。量子技术的应用比如量子通信，量子计算机、量子储存等将极大改善我们的未来生活。发展新型磁性材料以作为自旋量子单元对量子技术应用的实现尤为重要。有机磁性材料与无机磁性材料相比，具有以下优势: (1) 较容易通过分子设计实现化学修饰多样性以及良好的磁响应特性; (2) 弱自旋轨道耦合作用和超精细相互作用提供了较长的自旋相干时间。其中具有高自旋基态的开壳多稠环芳烃因其独特的电子和磁性以及有趣的量子特性成为有机电子和自旋电子器件应用的潜在候选者。
然而，这种高自旋基态的开壳多稠环芳烃一般稳定性较差，合成十分具有挑战性。比如环庚[def]芴，作为芘的七种非交替(non-alternant) 异构体之一，一直引人青睐。早期大量理论计算也表明该分子具有三线态基态，但是这种高自旋的基态导致了分子本身的不稳定性使得该分子的合成极具挑战性。
近日，冯新亮教授 (德国 TU Dresden 和MPI Halle) 和牛津大学的Lapo Bogani教授团队合作，基于环庚[def] 芴(Cyclohepta[def]fluorene)单元，通过不断增加苯并稠环的个数，设计并合成了一系列环庚[def]芴的苯并衍生物 (化合物1-3), 研究表明该系列碳纳米结构均能表现出开壳双自由基共振结构并表现出单线态基态和极小的单线态和三线态基态能隙。
高分辨的基质辅助飞行时间质谱(HR-MALDI-TOF MS) 分析和 紫外-可见光-近{attr}3187{/attr}分光光度计(UV-vis-NIR)可验证了 1-3 的结构组成。化合物1-3具有双自由基，在红外区表现出弱和宽的吸收，它们具有极窄的光学能隙（1-3分别为0.54、0.52和0.69 eV）。实验表明，通过稠环苯环在环庚[def]芴骨架上对其稳定性的提供有明显作用。通过变温的电子顺磁共振 (VT EPR) 结果表明，1-3 具有单线态基态，并具有极小的单重态-三重态能隙。
本工作中，作者通过将非交替单元引入苯型 PHs 中设计合成了一系列具有极低单线态-三线态能隙的开壳 PHs。该工作在设计具有高自旋基态的非交替开壳 稠环芳烃结构，以及其中的结构-性能关系提供了新的见解。
论文信息
Benzo-Extended Cyclohepta[def]fluorene Derivatives with Very Low-Lying Triplet States
Fupeng Wu, Dr. Ji Ma, Dr. Federico Lombardi, Dr. Yubin Fu, Dr. Fupin Liu, Zhijie Huang, Renxiang Liu, Dr. Hartmut Komber, Dr. Dimitris I. Alexandropoulos, Dr. Evgenia Dmitrieva, Dr. Thorsten G. Lohr, Noel Israel, Dr. Alexey A. Popov, Dr. Junzhi Liu, Prof. Dr. Lapo Bogani, Prof. Dr. Xinliang Feng
文章的第一作者是德累斯顿工业大学的博士生吴福鹏，通讯作者为：马骥博士，Lapo Bogani教授和冯新亮教授
Angewandte Chemie International Edition
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