实验室李远副研究员团队：基于芳香化草酸自由基的稳定电子自旋盘

有机自由基的稳定性在实际应用中至关重要。传统的有机自由基由于其开壳层的特性，通常表现出较高的热力学和动力学不稳定性。为了提高自由基的稳定性，研究者们通常引入电子吸引基团和空间位阻基团来降低自由基与空气中的氧气的反应性。然而，这些方法往往存在产率低和合成复杂的问题。因此，开发具有简单合成过程的稳定有机自由基具有重要意义。

近日，华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室的李远副研究员课题组，设计并合成了一种平面二维芳香草酸自由基（IDF-O8），具有稳定的电子自旋平面结构。IDF-O8在薄膜中表现出窄光学带隙（0.91 eV），并且在808 nm激光照射下粉末温度可达到147 °C，显示出优异的光热转换性能。该工作提供了一种高效的开壳电子自旋平面有机分子的合成路线，与传统的富勒烯、碳纳米管和石墨烯等材料不同，为未来设计电子自旋管或电子自旋球系统提供了新的思路。

传统的有机自由基由于其开壳层的特性，通常表现出较高的热力学和动力学不稳定性，难以在空气中稳定存在。此外，以往的稳定化策略往往导致合成过程复杂和产率低。该研究通过引入电子吸引的羰基基团，设计并合成了一种平面二维芳香草酸自由基IDF-O8（图1），实现了在空气中稳定的自由基结构。IDF-O8的稳定性主要来源于其多重醌式共振结构以及聚集诱导的自由基效应，而不需要引入大的空间位阻基团来保护自由基。同时平面结构有利于分子间的π-π相互作用，进一步增强了自由基的稳定性。在聚集状态下，IDF-O8分子之间通过分子间自由基-自由基键形成“pancake bond”，这种相互作用进一步稳定了自由基结构。IDF-O8在808 nm激光照射下表现出优异的光热转换性能，其粉末温度可达到147 °C。这主要归因于其低光学带隙（0.91 eV）以及高效的非辐射跃迁行为，使得光能能够有效地转化为热能。基于芳香化无机酸自由基的设计策略，电子自旋盘可以扩展到自旋管或自旋球体系（图2）。

图1. 芳香化草酸自由基IDF-O8的制备及共振结构

图2. （a）具有闭壳结构的富勒烯、碳纳米管和石墨烯（b）基于开壳电子基态的芳香化无机酸基的电子自旋盘设计策略

相关研究成果以“Stable Electron Spin Pan on Aromatic OxalicAcid Radical”为题发表在Chin. J. Chem.上，其中通讯作者为李远副研究员，第一作者为黄嘉兴博士生。该研究工作得到了国家自然科学基金（22375065，51973063）的资助。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cjoc.202400001