近日，澳门京葡娱乐网“駿馬計劃”研究員王青課題組在自由基電荷傳輸方面取得重要研究進展，相關成果在國際化學頂級期刊Angew. Chem. Int. Ed.上發表，題目為” Symmetry-Broken Intermolecular Charge Separation of Cationic Radicals” (論文鍊接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202301348 )。論文第一作者為我院博士研究生劉廣華和碩士研究生高磊，通訊作者為我院王青研究員、新加坡國立大學Chi Chunyan教授以及杭州師範大學戴高樂教授，澳门京葡娱乐网為該論文第一單位。

陽離子自由基在有機光電領域具有重要的研究意義，如可以應用于自旋、光熱等器件中。由于自旋-自旋相互作用，陽離子自由基通常會發生二聚反應，生成電荷離域的具有高對稱性的複合物，此類反應被歸屬為“對稱性驅動型“反應。而 “對稱性破缺”型反應（即兩個相同的陽離子自由基沒有發生二聚，而是發生歧化反應生成非對稱的産物）卻從未被報道過，即使它具有很重要的研究意義，1）它将代替之前構築光電材料經常采用的給體-受體雙分子策略，從而大大加速單分子器件的發展；2) 它将為混合價态複合物的制備提供新方法；3)  它将為有機化合物基鐵電材料的開發提供新的可能。

鑒于此，王青課題組設計了一個四極矩分子Pyr-BA, 此分子具有兩個富電子的吡咯型氮原子，兩個缺電子的五氟苯基團。氮原子的此種摻雜方式将有望大大增強分子間相互作用力，同時極大降低分子歧化能壘，從而賦予此陽離子自由基獨特的性能（圖1）。

圖1. 分子設計策略

單晶結構顯示，此陽離子自由基的淨結構雖然為(2Pyr-BA)²⁺2SbF₆^-，但其實它是非對稱的混合價态複合物Pyr-BA^0.6+···Pyr-BA^1.4+。其中，Pyr-BA^0.6+（B）為平面結構，而Pyr-BA^1.4+（A）為碗狀結構（圖2a）。這種現象與其它被報道的對稱二聚體截然不同。作者推測這是由兩個相同的陽離子自由基之間發生0.4電子傳輸導緻。随後，一系列變溫單晶（圖2b）、變溫吸收光譜（圖2c）和變溫順磁共振測試（圖2d）都表明低溫和聚集可以誘導此陽離子自由基的對稱性破缺電荷傳輸。

圖2. 變溫物理表征

該研究是首次通過單晶結構證實離子自由基發生對稱性破缺電荷分離現象的工作，它将不僅為材料應用提供新的機遇，同時将為電荷傳輸基本理論注入新的血液。

該研究受到國家自然科學基金(22001135, 2226104)、内蒙古自治區教育廳(NJYT22098)等項目的支持。

王青研究員課題組

通訊作者簡介：王青，我校澳门京葡娱乐网“駿馬計劃”研究員，博士生導師。2014年7月，本科畢業于西安交通大學；2018年8月，博士畢業于新加坡國立大學；之後在日本名古屋大學進行博士後研究；2019年12月，來校任教至今。主要從事大共轭有機功能材料方面的研究工作。

課題組鍊接：https://m.x-mol.com/groups/wang_qing_0114