分子碳（Molecular Carbons），其可视为碳纳米材料的片段结构，在有机光子学、电子学与自旋电子学等领域具有巨大的应用潜力。其中，具有带状拓扑的分子碳，即带状分子碳，展现出原子级精度调控分子碳的电子结构和物化性质的突出优势，在合成化学与材料化学领域备受关注。然而，伴随共轭长度的增加与锯齿边缘的引入，带状分子碳会形成自旋极化边缘态以及开壳自由基结构，不仅显著降低分子稳定性，还会引发激发态非辐射弛豫与荧光猝灭，严重制约了功能研究和应用拓展。硼原子具有独特的空p轨道，向分子碳引入硼原子是调控电子结构与光电性质的有效手段（图1），但受限于硼烷的稳定性与合成方法的缺乏，硼碳拓扑结构和硼掺杂模式的控制仍然极具挑战性，限制了硼元素化学和分子碳材料领域的融合研究。

图1.（a）分子碳体系的代表性硼掺杂模式；（b）四硼杂带状分子碳的化学结构

鉴于此，成人网站 窦传冬教授课题组与中国科学院化学研究所赵永生研究员课题组合作，提出共轭硼烷精准环合，实现了带状硼杂分子碳的高效构筑，获得两例四硼掺杂分子碳（TBMC1和TBMC2），是目前尺寸最长的硼杂分子碳体系。该类分子具有窄谱带红色荧光性质，表现出激发态放大自发辐射特性，特别是，基于TBMC2的回音壁式谐振腔器件展现725/731nm的微纳激光输出，因而开启了硼碳体系激光研究（J. Am. Chem. Soc. 2026, 148, 32252‒32260）。

图2.目标分子TBMC1和TBMC2的合成路线

该工作的创新之处体现在三个方面：1）精准合成与尺寸突破（图2）。将硼桥连二苯联芘单元1和硼酯化的硼烷单元4/6进行Suzuki-Miyaura偶联反应和Scholl氧化脱氢反应，合成出目标产物TBMC1和TBMC2。单晶结构解析证实，TBMC1与TBMC2分别具有C₆₈B₄和C₇₆B₄的稠环骨架，呈现上下边缘硼杂的带状拓扑结构，分子长度均超过2.3 nm，是目前已知尺寸最长的硼杂分子碳。2）红光窄谱发射与放大自发辐射性质（图3）。光物理性质研究显示，二者均表现出优异的红光窄谱发光特性，荧光量子效率分别为0.64与0.65，二者的发光光谱半峰宽分别窄至19 nm和24 nm，在长波长有机发光材料体系中十分稀少。飞秒瞬态吸收光谱表明二者具有受激辐射性质，并在聚苯乙烯（PS）掺杂膜中表现出深红光放大自发辐射性质，说明带状硼杂分子碳有望用作有机光学增益介质。3）微尺度有机激光（图4）。鉴于二者的光学增益性质，制备出TBMC2/PS掺杂微球，其可看作回音壁式光学谐振腔器件，成功实现了微尺度有机激光，激光波长位于725/731 nm，阈值为23.2μJcm^‒2，谐振腔品质因子为1813。这是首次在硼碳共轭体系中实现激光输出，证明了硼杂分子碳作为有机激光增益介质的应用潜力，为有机激光材料开辟了新体系和新方向。

图3.TBMC1和TBMC2的（a，d）吸收和荧光光谱；（b，e）瞬态吸收光谱；（c，f）掺杂膜的放大自发发射光谱

图4.（a）TBMC2/PS微球在不同泵浦能量激发下的发射光谱演变；（b）TBMC2/PS微球的发射半峰宽和发射强度随激光功率的变化

综上所述，该工作提出共轭硼烷精准环合的合成策略，构筑了两例超长四硼杂带状分子碳，突破了硼杂分子碳的尺寸限制，同时实现了窄谱发光与放大自发辐射性质，并首次在硼碳体系中实现微尺度激光发射。该研究丰富了硼杂分子碳的合成方法，证明了硼掺杂对调控分子碳激发态性质的积极作用，也为发展新型窄带有机发光材料与有机激光增益介质提供了新研究思路。成人网站 博士后李泽一、中国科学院化学研究所博士研究生董新宇为本文共同第一作者，成人网站 窦传冬教授和中国科学院化学研究所赵永生研究员为通讯作者。

本文链接：//pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.6c07985