二维并苯，即m行边缘融合的[n]阶并苯（[n,m]peri-acenes,PAs），是一类具有锯齿边缘结构的二维拓扑分子碳，其展现出独特的磁学、光学和电学性质，已成为有机电子学、自旋电子学、以及合成化学等领域的重要研究方向。然而，阶数增加诱导其出现开壳自由基态和高氧化活性，从而导致高阶二维并苯的稳定性偏差，合成极具挑战性，限制了功能开拓和材料研究。面向这些问题，化学家目前主要采用向锯齿边缘引入空阻结构或缺电子基团、以及共轭并环等设计策略，实现稳定自由基和构筑拓扑结构。

窦传冬课题组专心于有机硼化学和含硼分子碳材料研究，在本工作中，提出炔烃成环实现二维并苯的硼杂/湾化的设计与合成策略，制备了两例含有湾区的硼杂二维并苯，不仅获得一种缺陷型硼杂纳米分子碳，而且证明了硼原子和湾区缺陷调控全局芳香性、稳定HOMO轨道和增大能隙结构的协同电子效应，进而实现了激发态受激辐射行为和放大自发辐射功能（研究论文, CCS Chem. 2025, 7, 256–265; Author Spotlight, CCS Chem. 2025, 7, 6–9; 申请中国发明专利, 2024100918784）。

图1. 二维并苯的硼杂/湾化设计策略

课题组提出了二维并苯的硼杂/湾化设计策略（图1），通过对共轭硼烷实施ICl-介导的炔烃环合反应，成功合成出两例湾化的硼杂二维并苯（boron-doped peri-acenes,BPAs），其结构特征是，硼碳组成的二维骨架（C44B2和C62B2）含有两个湾区缺陷，且两个三配位硼原子镶嵌在锯齿边缘；其合成方法是，基于硼杂单元3和4，先经过炔烃偶联反应合成联炔硼烷5和双炔硼烷6，然后进行ICl介入成环反应和光环化（或氧化环化）反应，从而制备出空气稳定的目标化合物1和2（图2）。

图2. BPAs的化学结构与合成路线

详细研究了掺杂硼原子和引入湾区结构的电子效应。结果表明：1）相对比全碳PAs和未湾化的BPAs，1和2表现出独特的全局芳香性以及可调谐的内部局域芳香性；2）三配位硼原子和湾区缺陷能够协同稳定分子HOMO轨道和降低HOMO能级，从而削弱氧化性和提高稳定性，并且增大能隙结构。

深入研究了BPAs的激发态光物理性质。如图3a所示，1和2分别发出橙色和红色荧光，1的吸收和发光峰位位于556 nm和576 nm，而2的峰位分别红移至596 nm和627 nm，并且光学带隙从2.14 eV减小到1.99 eV，因此证明了纵向拓扑延展的共轭电子效应。进一步，采用飞秒瞬态吸收光谱研究了1和2的激发态动力学（图3b和3c）：1和2表现出激发态吸收和基态漂白信号，特别的是，1在628 nm处出现负信号峰，其在稳态吸收光谱中并不存在，而作为弱荧光带出现在荧光光谱，表明1具有独特的激发态受激辐射行为（stimulated emission, SE）。基于此，制备了1的聚苯乙烯（PS）掺杂薄膜，伴随着激发光强度增大超过230 kW cm−2，622 nm处的发光带迅速增强和窄化，半峰宽收窄至6.9 nm（图3d）。这个发光峰位和受激辐射峰位相一致，并且，泵浦光强度与半峰宽的相关性、以及发光峰强度的非线性增加等数据，均表明1具有放大自发辐射特性（amplified spontaneous emission,ASE），因而获得首例ASE功能硼杂二维并苯。

图3. （a）BPAs的吸收和荧光光谱；（b,c）1和2的瞬态吸收光谱;（d）1/PS掺杂薄膜的放大自发发射光谱

综上所述，课题组提出了二维并苯的硼杂/湾化的设计策略，通过实施炔烃环化合成方法，开发出含有湾区缺陷的硼杂二维并苯，不仅阐明了硼原子掺杂和湾区结构的电子效应，而且获得了激发态受激辐射行为和放大自发辐射功能。该工作在元素组成和拓扑结构上开拓出新型杂化分子碳，亦为有机发光功能和增益介质材料研究提供了新思路和新体系。