有机自由基作为一种新兴的功能材料，在光电子学、有机磁体、自旋电子学和量子信息学等多个前沿领域具有应用前景。其中，嵌入共轭骨架的碳中心自由基由于具有更强的自旋离域性、更易调节的共轭结构和相对更长的自旋弛豫过程，是实现有机自由基功能化的重要途径。相较于已广泛研究的低自旋开壳层化合物，高自旋（自旋量子数S≥1）多自由基的磁学性质更丰富，但研究难度也更高。这是由于自旋密度的升高不可避免地降低了化合物的稳定性，且用于构建高自旋性质的铁磁耦合基元也较少，两者共同增加了分子设计、合成和表征的难度。目前，已报道的碳中心高自旋自由基大多基于间苯撑铁磁耦合基元，且仅有少数能在室温、空气条件下稳定存在。

近期，北京大学赵达慧教授团队利用二氮杂芘作为新型铁磁耦合基元，成功制备出一种高稳定性的高自旋稠环芳烃双自由基，其在空气中的半衰期达到了31小时。得益于该双自由基分子突出的稳定性，作者成功实现了高纯度的分子材料制备，并全面表征了其结构和磁学性质。

理论研究表明，具有非凯库勒型（non-Kekulé）共振式和非交集型（non-disjoint）分子轨道的双自由基应具有三线态基态。因此，作者推测在4,10-二氮杂芘的5,9-位引入自由基，是类似于间苯撑的另一种获得高自旋分子的结构基元。为有效稳定自旋，将氮原子引入自旋布居较高的位点，且添加了大位阻基团保护自由基，由此成功实现了双自由基的空气稳定特性。在此基础上，作者通过X射线单晶衍射确定了双自由基的化学结构，并通过元素分析证明了所获得自由基的纯度。

进一步的磁学实验有力地证明了该双自由基的三线态基态：在连续波EPR中，双自由基表现出三线态特征的零场分裂和半场线信号；得益于毫秒级的自旋弛豫时间，在脉冲EPR中也观察到了归属于该双自由基三线态的电子章动信号。通过变温EPR和超导量子干涉仪（SQUID）定量测量双自由基的变温磁化率，最终确定了其1.1 kcal/mol的单-三线态能极差（ΔES-T）。如此全面系统的结构鉴定和磁学性质表征，在高自旋碳中心多自由基中是十分难得的。

该项工作成功发展了一种在π-共轭系统中方便地引入多个铁磁耦合自旋、实现空气稳定的高自旋态的有效分子结构基元及其制备方法。由于底物适用性广且合成方法简单便捷，该成果将有助于大幅拓展高自旋稠环芳烃自由基的多样化设计与功能化研究。