Terrylene diimides (TDI) 是一種廣泛應用于癌症診療、太陽能電池和單分子光譜等領域的重要有機染料。傳統的TDI結構修飾策略主要集中在改變烷基側鍊以調控堆積方式，或在共轭骨架上衍生不同取代基，而對分子稠環骨架本身的改造卻很少見。B-N單元嵌入的多環芳烴(PAHs) 因其獨特的光電性能和固态相互作用而備受關注。B-N單元的引入不僅可以提高共轭骨架的氧化穩定性，還可以通過BN偶極相互作用構建獨特的超分子結構。因此，将B-N單元嵌入TDI分子對于TDI分子的改性和硼氮雜多環芳烴的性能研究來說都具有重要意義。近日，beat365的裴堅-王婕妤團隊從硼氮萘出發實現了一系列嵌入B-N單元的TDI分子(BN-TDIs) 的模塊化合成。

　　圖1. BN-TDIs的合成路線

　　通過控制B-N單元的數量和排列方向，能夠有效調控這些分子的偶極矩和光電性質。B-N單元的引入不僅改變了分子的對稱性，還增強了分子間的靜電相互作用。通過研究BN-TDIs的單晶結構可以發現其在固态下相較于傳統TDI表現出更短的羰基-π 距離，其中BNBN-TDI的羰基-π 距離可縮短至3.19 Å，而TDI的羰基-π 距離則為3.28 Å。更短的羰基-π 距離意味着更強的分子間羰基-π 作用力，這為構建新穎的超分子結構提供了可能。對分子靜電勢的研究發現，B-N單元中的N原子由于孤對電子填充到了B原子的空軌道上而顯正電，同時羰基的氧原子由于強電負性而顯負電。因此，羰基與含有B-N單元的萘片段會有更強的靜電相互作用，這也解釋了BN-TDIs為何具有更短的碳基-π 距離。當分子内的B-N單元朝向一緻時，其熒光光譜拓展到了近紅外區(> 900 nm)，這使得其在生物成像等領域具有潛在的應用價值。此系列BN-TDIs在有機薄膜場效應晶體管中表現出優異的電子傳輸性能，其中BN-TDI-S的平均電子遷移率(0.03 cm² v⁻¹ s⁻¹) 甚至超過了經典的TDI分子(0.017 cm² v⁻¹ s⁻¹)。

　　圖2. BN-TDIs的靜電勢分布、單晶結構以及吸收和發射光譜。

　　這項研究通過高效的模塊化方法首次實現了雜原子嵌入的TDI分子的構築，并通過B-N單元的嵌入改造成功調控了TDI分子的光電性質。BN-TDIs不僅具有獨特的光學性質，還在晶體管器件中表現出更優異的電子傳輸特性，為未來的光電應用提供了新的材料體系。

　　該工作近日發表于Angewandte Chemie International Edition，beat365官方网站已出站博士後趙科翔為第一作者，裴堅教授與王婕妤副教授為通訊作者，該研究得到了國家自然科學基金委、北京市自然科學基金委、北京分子科學國家研究中心的資助。

　　論文鍊接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202503571