近日，化学与材料科学学院祝崇伟团队在《Angew. Chem. Int. Ed.》期刊上发表题为“A Monkey-Saddle-Shaped Nanographene Embedding a Dicyclohepta[cd,fg]-as-Indacene Core and Two Additional Heptagons, and Its Paddle-Wheel Co-Assembly With Fullerenes”的研究论文（VIP paper）。原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.5649022。
负曲率纳米石墨烯凭借多样的拓扑结构、优异的光电性能、以及在碳基材料领域的潜在应用，近些年来备受化学和材料领域的广泛关注。该类具有凹凸曲面且富电子的碳骨架也是极具潜力的构筑基元，可通过色散力驱动的非共价键作用，以具有凸面且缺电子的富勒烯作为模板，实现新型三维超分子碳材料的原子级精准构筑。基于此研究思路，祝崇伟老师团队及其合作者报道了一种新型纳米石墨烯分子1——其碳骨架中嵌入了二环庚并[cd,fg]-反式-茚并苝（苝的非交替异构体之一，简称“DCH-as-I”）结构基元及两个额外的七元环。该猴鞍状碳分子以廉价易得的苊为原料，经过6步以2.3%的总收率，实现高效合成（图1）。
图1．猴鞍状纳米石墨烯1的合成路线
DCH-as-I结构单元与七元环的协同引入赋予纳米石墨烯分子1优异的溶解性、突出的荧光发射性能（区别于多数无荧光发射的含五并七元环的π-体系）、多个可逆氧化还原过程（四个氧化和三个还原电位）、中心碳骨架的整体芳香性，以及非凡的超分子组装行为（图2，3e，f）。
图2. （a）循环和差分脉冲伏安曲线；（b）紫外‑可见吸收和荧光光谱；（c）前线分子轨道图
单晶X-射线衍射分析证实了纳米石墨烯分子1的手性、猴鞍状结构构象，其对映异构体以轻微滑移的π-二聚体形式存在；这些π-二聚体进一步排列成线性阵列，同时形成椭球形空腔，每个空腔可包合两个氯仿分子，进而形成笼状包合结构（图3）。
图3. 基于单晶X-射线衍射分析得到的分子1的结构
尤为重要的是，基于单晶X-射线衍射结构分析可知，该猴鞍状富电子纳米石墨烯分子1可为球形的富勒烯C60提供多个适配的结合位点，因此该分子在溶液与晶相状态下均能与C₆₀形成超分子组装体。单晶X-射线衍射分析明确揭示了一种前所未有的4:4复合物(C₆₀)₄⸦(1)₄的形成——四个具有相同构型的猴鞍状分子1与四个球形的C₆₀交替排列，构筑出手性的桨轮型组装体（图4b，c）。更有趣的是，两个手性相反的桨轮型复合物以交错的方式进一步二聚，形成一种极具结构美感的中空八聚体纳米管状超分子组装体（图4a，g，h，i）。
图4. 马鞍状纳米石墨烯1与富勒烯C60超分子组装体的X-射线单晶结构
该研究系统揭示了含DCH-as-I单元与额外七元环的新型纳米石墨烯所具备的独特结构与电子特性，同时为以猴鞍状纳米石墨烯分子为构筑基元，合理设计、构筑新型三维超分子π-组装体提供了全新研究思路。安徽师范大学硕士研究生刘文君和张慧敏为共同第一作者。
