近几十年来，随着扫描隧道显微镜（STM）和原子力显微镜（AFM）的发展，表面在位合成技术得到了广泛的关注。与溶液合成不同（具有相对较高的自由度），表面合成通常发生在二维（2D）金属表面，金属表面同时作为载体和催化剂。此外，表面合成具有高度的可控性，许多在溶液中难以得到的分子纳米结构（如共轭纳米石墨烯、石墨烯纳米带等）已经在金属表面完美地合成。
脱氢偶联反应是表面合成中最常见的反应之一，在碳基纳米结构的构建中得到了广泛的应用。选择性脱氢偶联是获得高质量目标纳米结构的关键。大多数现有的表面脱氢偶联反应都是基于面内偶联反应，只涉及前驱体官能团的轻微旋转或移动，而通过面外翻转进行脱氢偶联的可行性和选择性的相关研究还比较少。
本研究以苯并荧蒽及其衍生物为模型，通过实验与理论计算相结合的方式研究了碳基分子在二维限域的金属表面通过面外翻转实现脱氢偶联的可行性。研究表明：苯并荧蒽及其衍生物在金属表面可能产生两种不相容的产物：直接成键形成五元环或通过面外翻转形成六元环。STM实验结果显示六元环产物几乎占了所有的最终产物（收率≥99%），而五元环产物只有在特殊条件下才能观察到。通过对比实验，作者总结了碳基在金属表面通过面外翻转实现脱氢偶联的若干影响因素，比如金属基底的催化活性、前驱体分子的构象等等。最新的实验数据表明：这种脱氢偶联方式不仅能在以联萘为主的前驱体中实现，在以联蒽、联并四苯等前驱体分子中也能实现。因此，该工作为共轭碳基纳米结构的合成提供了新的思路。
图1. 通过面外翻转实现的区域选择性脱氢偶联反应
这一成果近期发表在J. Am. Chem. Soc.上，文章的第一作者是昆明理工大学张永、卢建臣和周杭静。
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
Regioselective Dehydrogenation Coupling via Out-of-Plane Flipping on Metal Surfaces
Yong Zhang, Jianchen Lu, Hangjing Zhou, Qingyan Li, Zilin Ruan, Yi Zhang, Gefei Niu, Boyu Fu, Shicheng Li, Yuhang Yang, Xin-Jing Zhao, Lei Gao, Yuan-Zhi Tan, Jinming Cai
J. Am. Chem. Soc. 2025, 147, 17049–17057, DOI: 10.1021/jacs.5c01783
通讯作者简介
蔡金明：昆明理工大学教授、博士生导师。国家高层次青年人才，云南省引进高层次人才，云南省中青年学术与技术带头人，云南省杰出青年科学基金获得者。围绕石墨烯等低维纳米材料研究20年，包括石墨烯原子制造与表征、表面化学反应机理研究、石墨烯应用开发及产业转化等。发表学术论文150余篇，其中Nature (1); Nat. Nanotechnol. (1); Nat. Commun. (2); Angew. Chem. Int. Ed. (2); J. Am. Chem. Soc. (2); ACS Nano (3); Phys. Rev. Lett.(1)，他引7000余次，拥有7项国际专利，授权和受理200余项中国专利。主持国家、省部级科研项目经费3000余万元，受邀在各类学术和产业会议上做邀请报告80余次。
卢建臣：教授，博士生导师，云南省青年人才（兴滇英才支持计划青年人才），云南省科学技术协会“青年人才托举”工程，云南省基础研究计划优秀青年基金获得者，昆明理工大学引进高层次人才。一直从事低维量子材料的精准构造和物性调控工作；主持国家级项目3项，包括国家自然科学基金面上项目、国家自然科学基金青年项目、中国博士后基金面上项目；主持省部级项目6项；共发表SCI论文50余篇，其中包括Nat. Mater.; Nat. Phys.; Nat. Commun.; Adv. Mater.; Angew. Chem. Int. Ed.和ACS Nano等。
高蕾，博士，副教授，硕士生导师，云南省兴滇英才支持计划青年人才，云南省基础研究计划优秀青年基金获得者，昆明理工大学四层次人才。一直从事低维纳米材料和有机分子/金属界面的理论计算研究工作，主持国家级、省部级项目5项，以第一（含共一）、通讯（含共通讯）作者发表SCI论文30余篇，其中包括Nat. Commun.、Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.、ACS Nano、Nano Res.等。
赵新静，华侨大学发光材料与信息显示研究院副研究员，多年来一直致力于纳米碳分子的研究。近五年已发表SCI论文20余篇，其中包括国际顶级期刊Nat. Commun.、Sci. Adv.、Angew. Chem.、JACS等。主持的科研项目包括中国博士后面上基金、国家自然科学基金青年科学基金等。目前主要研究方向为碳基纳米材料的合成与应用。
