北京
陕西师范大学魏俊发、李靖、刘治科等人研究指出，含极性硼‑氮（B‑N）单元、尤其是基于 π‑扩展六苯并蔻（HBC）骨架的纳米石墨烯，难以实现原子级精准合成，该类独特结构基元的开发与应用仍存在显著研究空白。针对该技术瓶颈，该团队采用氮导向三重亲电硼化策略，在六苯并蔻湾区精准构筑三个 B‑N 桥键，成功制备两种具有 C₃对称结构的内嵌 B‑N 分子碳材料（BN‑Ph、BN‑OH）。X 射线单晶衍射结果证实，该类材料具有规整的三角形纳米形貌，边缘呈现特征性 C‑N‑B‑C 锯齿形拓扑结构。
将极性 B‑N 单元引入芳香碳骨架后，相较于全碳同源材料，该体系展现出差异化的固态堆积特征、光物理性质与电子结构，具体表现为吸收与发射光谱蓝移、能带间隙拓宽。研究表明，B‑N 键的部分定域效应虽会削弱氮杂硼苯环及相邻苯环的局部芳香性、破坏局部连续共轭特征，但分子边缘共轭路径仍可保持连续 30π 环电流，使分子骨架的整体芳香性得以保留。功能测试证明，该内嵌 B‑N 纳米石墨烯可用作高性能氟离子传感器，具备响应灵敏、选择性佳、可逆性优异及配位诱导颜色可调等优势。
得益于独特的局域偶极效应、大面积 π 电子共轭界面与优良的能级匹配特性，BN‑Ph 与 BN‑OH 可作为高效界面改性剂应用于钙钛矿太阳能电池。该类 B‑N 掺杂碳基纳米材料可显著优化空穴提取与传输动力学，有效提升器件光电性能。测试结果表明，改性器件最优光电转换效率可达 25.24%，开路电压为 1.187 V，梯度改性器件效率可达 24.38%；同时材料优异的疏水性可有效阻隔水汽与氧气侵蚀，显著提升器件环境稳定性，使其在长期大气环境暴露下仍可保留 90% 以上的初始效率。
综上，该研究开发出一类兼具离子传感与光伏界面改性功能的新型双功能内嵌 B‑N 分子碳材料，建立了可精准调控纳米石墨烯边缘拓扑结构与掺杂模式的高效合成体系，为化学定制型硼氮基功能光电材料的设计与制备提供了全新思路与技术支撑。目前，课题组仍在持续探索更多 B‑N 掺杂构型的分子碳材料，进一步拓展该类功能材料的光电应用场景。
文献信息
TriangularBN-EmbeddedMolecularCarbonswithZigzagEdgesandTheirDualFunctionalityinFluoroanionDetectionandPerovskiteSolarCells
BoYang、YongzheLi、JialeHu、ZihanFan、JuanFan、HuamingSun、YixunSun、ZhikeLiu、JingLi、JunfaWei
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacsau.6c00354
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