近日，我院杨登涛教授课题组于《JACS》期刊在线发表题为《Tetracoordinate-Boron–Rigidified Heterohelicenes with Fragment-Precise Short-Range Charge Transfer for Narrow Near-Infrared Emission》的研究论文。

随着有机近红外发光材料在光电、通信及生物成像等领域的快速发展，相关应用对材料发光纯度提出了更高要求，以满足高分辨率的使用需求。然而受限于能隙定律，有机近红外发光体难以在保持小光学能隙的同时实现窄发射。为应对这一挑战，本研究基于四配位硼的双重功能（“配位增强电荷转移机制”（D.-T. Yang et al Angew. Chem. Int. Ed. 2025, 64, e202417200）和“四面体几何构型”）， 结合交替供受体排列实现的片段精度短程电荷转移，构建了一系列高度螺旋的多硼共轭分子，实现了兼具发射红移与半缝宽窄化的近红外发光材料。

在模型分子 B2N5 中，四配位硼不仅可通过增强供受体强度来缩小光学能隙，而且其四面体空间构型还能赋予螺烯骨架更高的刚性，从而抑制非辐射跃迁。交替供受体排列实现了片段精度的短程电荷转移，可进一步窄化发射峰。值得注意的是，螺烯骨架与四配位硼单元之间的位阻互斥还可抑制多四配位硼体系中取代基的顺反异构问题，突破了该类分子在合成与分离上的瓶颈。结果表明，B2N5 在 561 nm 处展现出量子效率近 100% 的热激活延迟荧光，且以高产率获得了单一构型产物。进一步通过多重螺烯扩展策略，得到了更刚性的近红外发光体 B4N10 和 B6N15。其中，B4N10 在 724 nm 处呈现瞬时荧光，半峰宽仅为 0.09 eV；B6N15 的发射延伸至 730 nm，半峰宽为 0.10 eV。尽管理论上存在两种可能的构型，B4N10 同样仅分离得到单一构型，而嵌入六个四配位硼中心的 B6N15 也实现了高效分离。前线分子轨道（FMO）、自然跃迁轨道（NTO）及自旋-轨道耦合（SOC）矩阵元计算表明，多重螺烯扩展可通过调控电荷分离程度来开关延迟荧光通道，而激发态分析揭示骨架延伸显著抑制了激发态振动。本研究提供了一种解决多四配位硼异构化难题的新型分子设计策略，为高分辨率近红外光电功能材料的开发奠定了理论与实验基础。

学院2022级博士董佳祺为论文的第一作者，博士陈灵娟、硕士研究生翟明宇和硕士研究生陶程做出了重要贡献，杨登涛教授为论文的通讯作者。

论文信息：

Jiaqi Dong, Lingjuan Chen, Mingyu Zhai, Cheng Tao, and Deng-Tao Yang*. Tetracoordinate-Boron–Rigidified Heterohelicenes with Fragment-Precise Short-Range Charge Transfer for Narrow Near-Infrared Emission. J. Am. Chem. Soc. 2026.

论文链接：

https://doi.org/10.1021/jacs.6c06955

图文简介：

图1 全文工作总结图

图2 限制多硼异构的近红外窄发射材料的设计

图3 分子的合成路线

图4 晶体结构及分子堆积

图5 光物理和电化学表征

图6 FMO能级、NTO分析及SOC矩阵元计算

图文/董佳祺

审核/陈凯杰