光敏剂能够在光照条件下将基态氧转化为单线态氧，在光动力治疗、光催化等领域具有广阔应用前景。高效生成单线态氧通常依赖分子从单重激发态向三重激发态的系间窜越，传统设计往往通过引入溴、碘等重原子增强自旋—轨道耦合。然而，重原子的引入也可能带来暗毒性、生物相容性和光稳定性等方面的问题。因此，如何通过分子结构设计调控激发态能级，在不依赖重原子的条件下实现有效三线态生成，是有机光敏材料领域的重要研究课题。

针对这一问题，本研究发展了一种模块化的一锅串联合成方法，将1,1-溴硼化与亲电硼化相结合，实现了不同稠合方式硼氧（BO）多环芳烃的高效构筑。该方法适用于萘、蒽、芘和芴等多类芳香骨架，并可在一锅反应中连续形成多个硼碳键，有效拓展了BO掺杂多环芳烃的结构空间。

图1. BO稠合多环芳烃的合成策略及代表性分子结构

研究发现，BO单元的稠合方式对分子的电子结构和光物理性质具有显著影响。与角型稠合结构相比，线型BO稠合结构表现出明显红移的吸收和更窄的光学带隙。理论计算与电化学测试表明，BO稠合能够有效调节分子的最高占据分子轨道和最低未占据分子轨道能级，其中BO结构对最低未占据分子轨道具有显著稳定作用。在光敏化性能研究中，不同BO稠合拓扑表现出显著不同的激发态行为。瞬态吸收光谱和理论计算结果表明，角型稠合分子的三线态形成主要受到重原子效应及溴原子位置的影响，而线型BO稠合则呈现出不同的能级调控机制。线型BO稠合可使蒽类衍生物的第一单重激发态与第二三重激发态接近简并，其中代表性分子的S₁–T₂能级差可压缩至2—20 meV，从而促进分子通过“S₁→T₂→T₁”三级通道实现系间窜越。基于这一机制，团队进一步制备了不含重原子的蒽基光敏剂。该化合物在保持单线态氧敏化能力的同时，表现出明显改善的抗光氧化稳定性。

图2. 飞秒瞬态光谱及BO稠合调控激发态能级及光敏化机制

该研究不仅建立了BO稠合多环芳烃的模块化合成方法，揭示了稠合拓扑结构与前线分子轨道、激发态能级及系间窜越行为之间的构效关系，还提出了通过压缩S₁–T₂能级差实现无重原子三线态调控的新策略，为开发具有良好光稳定性和潜在生物相容性的有机光敏剂提供了新的分子设计思路。

相关研究成果发表于国际化学期刊《Angewandte Chemie International Edition》，并被编辑部选为热点文章（Hot Paper）。海南大学化学化工学院为该成果的第一完成单位，海南大学博士研究生刘钊博和宁波材料所硕士研究生倪青云为论文共同第一作者，海南大学袁康副研究员，宁波材料所/中国科学技术大学王冰研究员为共同通讯作者，英国爱丁堡大学Michael J. Ingleson教授为该研究提供了重要支持。

该研究得到国家自然科学基金项目（22301303、22107104）和英国工程与自然科学研究理事会项目“Boron: Beyond the Reagent”（EP/W007517/1）的资助。

文章链接： https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.5826310.

撰稿：袁 康

审核：潘福生