从含有八元环的稠环芳烃到具有负曲率的碳纳米结构:进展与展望

摘要

完全由sp2杂化的碳原子所构成的同素异形体呈现出或平坦或弯曲的面,该表面的曲率反映了碳纳米结构的整体几何特性.完全由六元环构成的石墨烯的曲率为零;由六元环和五元环共同构成的富勒烯的曲率为正;向碳原子的六边形网格中引入七元环或八元环则产生形如马鞍的面,其曲率为负.具有负曲率的三维周期性碳结构被命名为马凯晶体或碳施瓦茨体,是碳纳米科学研究长期追寻的目标,然而至今仍未被确定无疑地合成出来.为精确合成具有负曲率的碳纳米结构,一种至下而上的策略是先合成具有负曲率的稠环芳烃,再以其为模板或单体来制备更大的碳纳米结构.具有负曲率的稠环芳烃可以通过向稠环骨架中引入七元或八元环来设计、合成,表现出一些平面稠环芳烃所不具有的结构特征与性质.本文以包含八元环的稠环芳烃为例,介绍具有负曲率的稠环芳烃的设计、合成、立体动力学及其他特征,并展望具有负曲率的碳纳米结构的新研究方向.