科技日报记者 王祝华 通讯员 李政泽
11月3日，记者从海南大学获悉，该校化学化工学院袁康副研究员与合作者在有机光敏材料激发态调控研究中取得重要进展：借助硼氧稠合“抬平”能级，无需重原子即实现高效三线态生成。成果发表于《德国应用化学》。
有机分子吸光后，电子先进入单重激发态（S₁）；要真正用于光催化、光动力治疗等场景，还得“翻”过自旋这道墙，进入三重激发态（T₁）。这一步叫系间窜越，是有机分子的天然弱项。传统做法是把溴、碘等重原子嵌进骨架，借自旋—轨道耦合把电子“拽”过去，代价是分子光稳定性变差、难以进入生物体系。能否只靠骨架设计、不借重原子之力完成这次自旋翻转？这是领域里一道关键考题。
团队在前期炔烃硼溴化反应基础上，发展出“硼溴化—双重亲电硼化”串联的一锅法：像串珠一样连续构筑多个硼碳键，适用于萘、蒽、芘、芴等多种芳香骨架，得到角型、线型等不同拓扑的硼氧稠合多环芳烃，并可进一步接入各式取代基。先有这套“同源不同形”的分子库，骨架形状与电子行为的对照才成为可能。
实验与理论计算共同显示，硼氧稠合显著拉低并稳定LUMO，稠合位置与拓扑一变，整个能级排布随之改写：相比角型，线型稠合吸收红移更明显、光学带隙更窄。更关键的是，线型拓扑把 S₁与第二三重激发态T₂压到几乎齐平，能级差仅2—20meV（TD-DFT算值，室温kT≈26meV）。热力学门槛近乎消失，电子快速进入T₂，再经超快内转换落入“工作层”T₁，自旋翻转一气呵成。
袁康表示，该研究不仅建立了硼氧稠合多环芳烃的模块化合成方法，揭示了稠合拓扑—前线轨道—激发态能级—系间窜越之间的构效关系，更提出了以压缩S₁–T₂能级差为核心的无重原子三线态调控新策略，为开发高光稳定、潜在生物相容的有机光敏剂提供了新分子设计思路。
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