多环芳烃Polycyclic aromatic hydrocarbons ，PAHs，在有机光伏和场效应晶体管等功能器件中的应用前景看好。尽管纳米尺寸多环芳烃PAHs（通常称为纳米石墨烯）已经作为单层分子得到了很好的研究，但其多层对应物，仍未得到充分探索。

近日，德国维尔茨堡大学Frank Würthner团队在Nature Chemistry上发文，报道了C64纳米石墨烯衍生物（包括在其外围用四个间三联苯酰亚胺部分修饰的平面核）与较小的多环芳烃（从萘到卵形烯和六苯并晕苯）的多层堆叠组装新材料。功能化C64纳米石墨烯作为一种双极性主体，可以在其平面核心的两侧容纳较小的多环芳烃PAH，在由其庞大的酰亚胺取代基限定的空腔中。在溶液中观察到双层和三层（即分别具有1：1和1：2主客体比例的复合物），并且在固态中分离了这些复合物的二聚体以及多层化合物。量子化学计算表明，色散力 dispersion forces，是这些复合物的主要稳定因素。

Multilayer stacks of polycyclic aromatic hydrocarbons. 多环芳烃的多层堆叠。

图1：构建多层纳米石墨烯的C64纳米石墨烯主体设计和合成，以及多层纳米石墨烯复合物形成过程的示意图。

图2：包含C64纳米石墨烯1和晕苯coronene超分子多层纳米石墨烯复合物。

图3：1H NMR、UV–Vis和荧光滴定实验。

图4：多层纳米石墨烯结构的ALMO-EDA图。

该项研究设计了一种基于二维平面π核的主体结构，实现构建色散力稳定的超分子多层纳米石墨烯。简单两步合成策略产生了较大的C64纳米石墨烯主体，其被庞大的取代基包裹，形成两个分子腔，用于多环芳烃PAH客体分子的络合。单晶X射线晶体学明确证实了，两个晕苯客体分子在主体空腔内的插入，以及四层、六层和多层纳米石墨烯超分子复合物的形成。溶液研究表明，形成了热力学稳定的双层和三层纳米石墨烯，其中含有多种多环芳烃PAH客体分子，包括卵形烯和六苯并晕苯。密度泛函理论DFT计算证实，色散力dispersion forces是多层纳米石墨烯形成的主要驱动力。

　　这种二维C64纳米石墨烯π-核主体结构的方法，将为溶液研究开辟新的前景。迄今为止，物理学家只能通过扫描隧道显微镜技术，在高度定向热解石墨表界面上进行研究。因此，这种纳米石墨烯主体，应该可用作氢键组装体连接模板和有机反应催化平台。纳米石墨烯的多层复合物，又可以在材料科学中用作施主-受主复合物、铁电材料或有机电子学。

文献链接：

https://www.nature.com/articles/s41557-021-00861-5

https://doi.org/10.1038/s41557-021-00861-5

信息来源：公众号【今日新材料】

氧化石墨烯：

氧化石墨烯(graphene oxide )是石墨烯的氧化物，一般用GO表示，其颜色为棕黄色，市面上常见的产品有粉末状、片状以及溶液状的。因经氧化后，其上含氧官能团增多而使性质较石墨烯更加活泼，可经由各种与含氧官能团的反应而改善本身性质。

氧化石墨烯薄片是石墨粉末经化学氧化及剥离后的产物，氧化石墨烯是单一的原子层，可以随时在横向尺寸上扩展到数十微米。因此，其结构跨越了一般化学和材料科学的典型尺度。氧化石墨烯可视为一种非传统型态的软性材料，具有聚合物、胶体、薄膜，以及两性分子的特性。氧化石墨烯长久以来被视为亲水性物质，因为其在水中具有优越的分散性，但是，相关实验结果显示，氧化石墨烯实际上具有两亲性，从石墨烯薄片边缘到中央呈现亲水至疏水的性质分布。因此，氧化石墨烯可如同界面活性剂一般存在界面，并降低界面间的能量。其亲水性被广泛认知。