中国科学院理化技术研究所研究合成具有激发态手性演变特性的管状全苯纳米碳

分子纳米碳，作为连接有机小分子与碳纳米材料的重要桥梁，因其精确的结构和优异的光电性质而备受关注。通过自下而上的有机合成策略，科研人员能够在分子尺度上精确调控其结构。这不仅拓展了分子纳米碳骨架的多样性，也为深入探索光物理性质的理论机制提供了理想平台。

近日，中国科学院理化技术研究所研究员丛欢团队与华东师范大学、北京大学的科研团队合作，发展了大环轴向共价键连的合成策略，制备了两种同分异构的管状全苯纳米碳（TANC），揭示了其激发态手性动力学演变机制。

科研人员从定点官能化的环对苯撑出发，通过轴向官能团转化和苯-苯键的共价连接，分别合成了手性-TANC和内消旋-TANC两种异构体。手性-TANC，可视为缺陷石墨烯片段的卷曲对应体，在光激发下可通过桥联苯单元的折叠/解旋，实现构象动态运动，从而产生螺旋手性的动态演化。内消旋-TANC，在结构上对应缺陷联苯网络的卷曲片段，其晶体结构显示桥联苯单元，存在显著的扭曲应变，增强了分子整体构象的刚性。

为揭示手性-TANC的激发态动力学与圆偏振发光机制，科研人员利用飞秒瞬态吸收光谱和时间分辨圆偏振发光光谱，对其光物理性质进行了监测。研究表明，手性-TANC在光激发后八皮秒内发生了超快构象运动，理论计算与实验观测的TRCPL动力学信号衰减高度一致，证实了手性-TANC激发态下，桥联苯单元快速解旋导致的手性演变过程，从而建立了光诱导“扭曲-折叠”构象演变与激发态手性动力学之间的直接关联。

该研究为设计具有手性光学性质的分子纳米碳材料提供了理论依据，并为纳米尺度下的分子手性调控开辟了新思路。

相关研究成果发表在《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）上。研究工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划等的支持。