热烈祝贺夏海平教授成功当选中国科学院院士！

作为碳龙体系的发现者和命名者，夏教授在金属杂芳香体系方向取得的原创性突破，通过合成一系列结构新颖、性质独特的金属杂芳香分子，突破了人们对芳香性和碳链稳定性的传统认知，为合成化学和材料科学开辟了新的方向。

碳龙指的是：一条平面共轭的碳链（碳数大于等于7）通过至少3个碳-金属键螯合一个过渡金属形成的化合物（图1）。它是夏海平教授课题组发现并命名、中国原创的一类全新金属杂环化合物。

图1 碳龙同花顺

骨架嵌入金属的芳香体系（包括碳龙物种）因过渡金属的d电子参与离域备受关注，因合成困难、水氧稳定性不足等原因，其性能与应用研究之前是空白。夏海平教授课题组突破了碳龙配合物合成与稳定两大瓶颈，在国际上率先开展并引领了金属杂芳香体系性能研究，使该领域往应用拓展迈出了一大步。

碳龙结构特点

结构决定性能、性能决定应用，碳龙的结构特征：独特的dπ-pπ共轭，将过渡金属原子引入到芳环，形成新的芳香结构基元——过渡金属杂芳香稠环化合物。与传统π共轭体系的pπ-pπ共轭不同，掺杂过渡金属可形成dπ-pπ共轭。它具有宽、强吸收光谱，可宽频吸收光波并转化为光、电、热和超声波。在太阳能利用和肿瘤光疗等领域应用前景好。

应用于阴极材料

将两个碳龙单元（S1）与1,10-菲咯啉核心（Phen-D1）相结合，合成一种新的有机金属化合物 DPC（双菲咯啉-碳龙，图1）。基于双菲咯啉-碳龙的 CIL 器件效率高达 18.2%（表1）。双菲咯啉-碳龙具有更大的空间位阻和更强的吸电子特性，可以抑制与富勒烯受体的界面反应，从而得到稳定的器件。基于双菲咯啉-碳龙的器件在黑暗的N₂气氛中可以维持其初始效率的80％达2170小时（图2），在85 ℃下可以稳定运行96小时，并且在光照2200小时后可以保持其初始效率的68％。

图1：有机金属化合物CIM的合成^[1]

表1：不同CIL电池的光伏参数^[1]

图2：双菲咯啉-碳链的器件在黑暗的N2气氛中维持80%效率的工作时间^[1]

应用于光热材料

五齿螯合物的第一个例子（2a，图3），其中螯合剂的所有结合原子都是碳原子，称为 CCCCC 螯合物。在过渡金属化学中，赤道平面上存在多达五个结合碳原子是前所未有的。密度泛函理论计算表明，平面金属环具有扩展的 Craig-Möbius 芳香性，源于 12 中心-12 电子 d_π -p_ππ 共轭。这些平面螯合物在紫外-可见-近红外区域具有广泛的吸收，因此在 808 nm 激光照射下具有显著的光热性能，表明这些螯合物在光热疗法中具有潜在的应用。这些复合物的合成简便、稳定性高、吸收范围广（图4），可以使多齿碳链成为配位化学中的一种新型结构单元，也为生物医学和太阳利用提供了一种新型材料。

图3：五齿螯合物的合成^[2]

图4：室温下在 CH₂Cl₂中测得的 2a 至 2e（5.0 × 10 –5 M）的紫外可见近红外吸收光谱^[2]

相关化合物

1

品名：
Phenanthroline-Carbolong, 95%
菲罗啉双碳龙配合物
CAS：N/A
货号：9307665
应用：电子传输层材料

2

品名：
12C Carbolong complex, 95%
12C-碳龙配合物
CAS：2917610-83-2
货号：9307662
应用：光热、光声材料

其他碳龙系列产品

通用产品

参考文献

1. Xue Lai, Shiyan Chen, Xiaoyu Gu, Hanjian Lai, Yunpeng Wang, Yulin Zhu, Hui Wang, Jianfei Qu, Aung Ko Ko Kyaw, Haiping Xia & Feng He. Nat Commun. 2023, 14, 3571.
2. Congqing Zhu, Caixia Yang, Yongheng Wang, Gan Lin, Yuhui Yang, Xiaoyong Wang, Jun Zhu, Xiaoyuan Chen, Xin Lu, Gang Liu, and Haiping Xia. Science Advances. 2016, 2, e1601031.

推荐阅读