导语
研究背景
多环芳烃（PAHs）是有机光电材料领域研究最为广泛的有机分子体系之一，其结构设计与功能化合成始终是优化材料性能的核心研究方向。因此，设计和合成具有新颖结构的有机功能材料是优化材料性能的永恒主题。通过在稠环芳烃骨架中引入杂原子，为新型有机功能材料的创制带来了新的发展契机。近年来，通过以B-N单元替代稠环体系中C=C双键等电子体异构策略，发展了一类新型硼氮嵌入的有机功能分子，为材料性能的调控提供了广阔的空间，在有机功能材料与器件领域受到广泛的关注。与碳骨架相比，硼氮有机功能分子表现出诸多新颖独特的性质，极性B-N键替代非极性C=C双键，既保证了共轭分子芳香框架的稳定性，又可以对体系电子分布、轨道能级带隙及分子极性进行调控，而这些因素恰恰都与有机功能材料的性能优化策略密切相关，特别是电子分布和分子极性的改变对分子间作用力和聚集态的调控具有重要作用，对探究结构-聚集态-性能的关系具有重要意义。
成果一
N-B-N异构策略诱导的有机室温磷光：机理研究及多级防伪应用
有机室温磷光材料具有无金属、长寿命的发光特性，在光电器材、信息加密、生物成像、环境监测等领域展现出广阔的应用前景。然而，有机分子的激发三线态能量很容易通过热力学振动与碰撞过程或暴露接触到猝灭因子如氧气而失活，导致纯有机体系中难以产生高效的室温磷光。因此，如何有效调控三线态激子稳定性精准实现室温磷光（RTP）仍十分具有挑战性。
针对上述难题，九江学院有机智能材料创新团队发展利用了N-B-N异构策略，构筑了两种N-B-N异构体1,1-DB和1,2-DB，研究异构体对RTP发射的差异化调控机制。研究发现，1,1-DB展现出优异的RTP发射与明显的余辉，而1,2-DB的RTP性能则几乎可以忽略。机理研究揭示，1,1-DB中的N-B-N单元能够优化分子构型，调控分子间相互作用及芳香性，从而有效稳定三线态激子，显著提升系统间窜越与自旋轨道耦合效应，并抑制非辐射衰减过程，最终实现高效RTP。此外，研究团队利用磷光共振能量转移策略，将荧光素分子掺杂至1,1-DB体系中，成功实现了多色余辉的智能化调控，并构建了多重信息防伪加密体系。该研究不仅阐述了N-B-N结构单元与RTP性能之间的构效关系，也为BN芳香化合物的分子设计提供了新的思路。
该研究成果以“N─B─N Isomer Induced Room Temperature Phosphorescence: Expression, Mechanistic Insights, and Multi-Level Anti-Counterfeiting Applications”为题发表于Angew. Chem. Int. Ed. 2025, 64, e202509104（DOI: 10.1002/anie.202509104）上。九江学院化学化工学院刘建华博士为本论文第一作者，内蒙古大学博士研究生姚俊雄为共同一作，九江学院黄华南教授、曹小华教授和冯强博士为通讯作者，内蒙古大学王建国教授为共同通讯作者，九江学院为第一署名单位。
图1. N-B-N异构体诱导的室温磷光：机理研究及多级防伪应用（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）
图2. 在不同百分比的FS共掺杂下，1,1-DB在移除紫外光（365纳米）照射前后不同持续时间的发光照片（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）
图3. 掺杂FS系统在防伪和信息加密领域的潜在应用（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）
成果二
高区域选择性构筑硼氮稠环异构体及其在超长寿命室温磷光材料设计中的应用
在此基础上，团队进一步拓展了掺杂策略以实现超长有机RTP材料的构建。研究以2,1-BN-萘衍生物为起始原料，通过卤素效应，高选择性实现了N–H和C–H键活化，精准构筑了两种硼氮稠环异构体。两者在聚乙烯醇（PVA）基质中均表现出RTP行为，但性能差异显著：3a@PVA展现出超长磷光寿命（2388.2 ms）及超过30秒的余辉，而4a@PVA的寿命为286.1 ms，余辉仅维持2秒。理论计算表明，3a分子具有更高的自旋–轨道耦合常数和更多的系间窜越通道，同时PVA基质的双侧固定效应有效抑制了分子内运动，降低了非辐射衰减，从而显著增强了RTP性能。更为重要的是，该体系在信息安全领域展现出潜在的应用前景。成功制备出“鹿”和“九江学院”等磷光图案，实现了基于余辉颜色与持续时间的时序分辨发光策略，为信息加密与防伪提供了新材料，也进一步彰显了BN有机功能分子在RTP材料设计中的独特优势。
该研究成果以“Regioselective Construction of Two Isomeric BN-Fused Aromatics Frameworks Enabling Ultralong Room-Temperature Phosphorescence Materials”为题发表于Chem. Sci. 2025, 16, DOI: 10.1039/D5SC05061H。九江学院化学化工学院冯强博士为第一作者，内蒙古大学博士研究生姚俊雄为共同一作，化学化工学院黄华南教授、王殿元教授、刘建华博士以及内蒙古大学王建国教授为共同通讯作者，九江学院为第一署名单位。
图4. 卤原子调控策略区域选择性构筑硼氮稠环体系（来源：Chem. Sci.）
图5. (a) 和 (b) 3a和4a与PVA相互作用可能的示意图模型。(c)、(d)、(e) 和 (f) 3a和4a掺杂PVA系统在防伪和信息加密领域潜在应用的示例（来源：Chem. Sci.）
成果三
硼氮单元嵌入芳香烃：合成、官能团化及应用
BN嵌入稠环芳香化合物的研究不仅拓展了传统有机芳香体系的设计理念，也为有机功能材料性能优化提供了新策略。通过对BN单元的精确嵌入与异构调控，可实现分子电子结构、光物理特性及三重态激子行为的精准调控，从而提升光电性能并拓展其在光电子学、生物医药、信息加密等领域的应用潜力。随着高效构筑方法和后官能团化策略的发展，BN芳香化合物有望在光电器件、智能材料及生物成像等前沿领域发挥更加关键作用，为构建结构可控、性能可调的新型有机功能材料体系奠定坚实基础，并推动有机材料科学的持续创新与发展。
鉴于此，黄华南教授课题组结合团队近年来的研究工作，系统梳理了BN稠环芳香烃的合成策略、后官能团化反应及其在多个前沿领域中的应用，旨在为该领域的深入研究与持续发展提供理论支持与实践参考。在合成策略方面，系统阐述了经典的亲电硼化反应、烯烃复分解反应及Lewis酸碱配位螯合反应在BN稠环芳香烃构建中的应用，并全面总结了近年来发展出的其他创新合成策略。在此基础上，详细探讨了BN稠环芳香烃的后官能团化反应，包括亲电取代、N–H键活化、B–X键活化、C–H硼化、Diels-Alder反应以及光诱导异构化反应等。通过这些多样化的官能团化策略，可以在分子骨架中引入各种功能基团，从而实现对分子化学性质、光电特性及生物活性的精准调控。此外，深入阐述了BN稠环芳香烃在有机电子学、生物医药、癌细胞成像和指纹识别等新兴应用领域中的最新研究进展及未来发展趋势。该综述不仅拓展BN杂环芳香分子的结构多样性提供了重要的理论依据，也为新型高性能有机功能材料的设计与开发提供了参考。
该综述以“BN-embedded aromatic hydrocarbons: synthesis, functionalization and applications”为题发表于Chem. Soc. Rev. 2025, 54, 5995-6061（DOI: 10.1039/D5CS00147A）上。九江学院化学化工学院冯强博士为本论文第一作者，化学化工学院黄华南教授、曹小华教授以及北京化工大学曹达鹏教授为共同通讯作者，九江学院为第一署名单位。
以上研究成果得到了国家自然科学基金、江西省“双千计划、江西省“杰出青年基金”等经费资助。
图六. BN嵌入芳香烃：合成、官能团化及应用（来源：Chem. Soc. Rev.）