石墨烯纳米带在电子器件、传感及生物医学等领域具有广阔应用前景。将卟啉类分子引入到石墨烯纳米带骨架可同时实现氮原子掺杂、引入五元环结构以及金属离子的掺杂。然而目前报道的体系绝大部分是通过表面合成的方式来实现卟啉和石墨烯纳米带的稠合，而在溶液相中精准合成卟啉及其类似物稠合的石墨烯纳米带及其片段挑战性很大。最近，北京师范大学柯贤胜课题组成功实现了稠合双PdII碳杂卟啉嵌入的石墨烯纳米带片段的精准合成。研究团队以经典纳米石墨烯分子六苯并蔻（HBC）为核心骨架，合成单联前体，随后通过一步金属配位反应，同时实现了三联稠合和双PdII配位。

图1. 稠合双PdII碳杂卟啉嵌入的石墨烯纳米带片段的合成和表征

单晶X射线衍射分析明确证实了纳米带片段的平面刚性骨架结构，其分子骨架长度超过3 nm，两个Pd中心呈平面四方配位构型。该纳米带片段具有显著扩展的π-共轭结构，在NIR-II区域表现出强吸收特征。飞秒瞬态吸收光谱与DFT理论计算共同揭示了其独特的激发态动力学行为。该体系具有配体到金属电荷转移（LMCT）特征的长寿命激发态（τ₂ = 175 ps），且尽管含有PdII重金属原子，却能有效避免系间窜越（ISC）过程，主要通过非辐射跃迁途径弛豫。

图2. 稠合双PdII碳杂卟啉嵌入的石墨烯纳米带片段的单晶结构

双PdII碳杂卟啉嵌入的石墨烯纳米带片段在光热转换方面表现优异性能。在1064 nm激光照射下光热转换效率（PCE）高达71%，在980 nm照射下进一步提升至77%；其纳米颗粒聚集体在水相中PCE可达80%。双PdII配位的平面骨架赋予了该体系显著的光稳定性和热稳定性，经10次加热/冷却循环后吸收光谱几乎无变化，有效克服了传统有机NIR-II染料易光降解的特性。

图3. 稠合双PdII碳杂卟啉嵌入的石墨烯纳米带片段的光热转换性能测试

总之，本研究成功发展了一种简洁的溶液相合成方法，实现了原子级精准的稠合双PdII碳杂卟啉嵌入石墨烯纳米带片段的合成，同时为发展兼具结构精准性与功能可调性的新型NIR-II光热材料提供了新思路。后续课题组将继续设计合成尺寸更长，结构精准的碳杂卟啉-石墨烯纳米带结构，并且拓展其潜在应用。该工作得到了韩国庆北大学Juwon Oh教授、韩国延世大学Jiwon Kim教授以及美国德克萨斯大学奥斯汀分校Jonathan L. Sessler教授课题组在理论计算，超快光谱和光热转换等方面的大力支持。相关成果近期发表于期刊《Journal of the American Chemical Society》：Fused Metallo-Carbaporphyrin-Embedded Graphene Nanoribbon Segments, Zhaohui Zong,∇ Jiyeon Lee,∇ Zhe Liu, Haodan He, Seoyeah Oh, Kyeong Mo Lim, Juwon Oh,* Jiwon Kim,* Jonathan L. Sessler,* and Xian-Sheng Ke*, DOI: https://doi.org/10.1021/jacs.6c05014。北京师范大学是该工作的第一单位，化学学院2022级博士生宗兆辉和韩国延世大学Jiyeon Lee为论文的共同第一作者，柯贤胜、Juwon Oh、Jiwon Kim和Jonathan L. Sessler教授为论文的共同通讯作者，该工作受到国家自然科学基金委和北京师范大学等经费支持。