近期，西北大学韩英锋课题组以氮杂环卡宾为起始物，利用简单的一步反应合成了系列含有双氧化还原位点的卡宾-三苯胺体系，进一步通过单电子还原和氧化分别获得了具有短波发射的碳自由基和长波发射的氮自由基，实现了对荧光自由基发射波长的有效控制，为设计和调控自由基的荧光特性提供了借鉴。该课题组长期致力于基于氮杂环卡宾单元的功能体系构筑及应用研究。近年来，该课题组将氮杂环卡宾单元拓展至自由基体系，在稳定碳自由基的合成及荧光自由基方面进行了深入研究，取得一系列研究成果。

由于荧光有机自由基的基态和激发态均为双重态，在跃迁过程中不存在自旋禁阻，因此以荧光自由基作为OLED器件的发光层其理论内量子效率可以达到100%。同时，荧光自由基特有的开壳层结构也赋予了这类材料特殊的光学、电学和磁学性质，因此荧光自由基逐渐引起了研究者的广泛关注。然而，大多数自由基是不发光的甚至会猝灭其他荧光基团的发光，因此目前报道的荧光自由基骨架分子非常有限且发射波长大多集中在红光或者近红外区域；虽然在自由基骨架上修饰不同的取代基可改善荧光自由基的量子产率和光稳定性，但对于发射波长的调节作用却非常有限，这严重限制了荧光自由基的进一步应用。

在本工作中针对当前荧光自由基发射波长难以调控的问题，以本课题组前期在碳自由基方面的研究为基础，利用氮杂环卡宾多样的反应性和在构筑具有短波发射自由基方面的优势，设计并合成了一系列空气稳定的卡宾-三芳基胺加合物，并通过核磁、质谱、X-射线单晶衍射等手段对其结构和组成进行了详细表征。此外，循环伏安测试表明该类化合物具有两个可逆的氧化还原过程，并通过单电子还原和氧化分别获得了中性自由基3a-c以及阳离子自由基4a-c。稳定性研究表明阳离子自由基4a-c在空气中具有较高的化学稳定性，且其热分解温度高于200oC。EPR、DFT以及X-射线单晶衍射分析表明在中性自由基3a-c中，单电子自旋密度主要分布在卡宾碳原子上；在阳离子自由基4a-c中自旋密度主要集中在三苯胺基团中的氮原子上。

荧光光谱测试表明中性自由基3a-c具有短波发射的特征，其发射波长分别为483，486和436 nm，而阳离子自由基4a-c的发射波长相比于中性自由基3a-c显著红移其对应的发射波长分别为590，623和604 nm。在这项工作中，通过控制卡宾-三苯基胺加合物的氧化还原过程分别获得了具有不同荧光特性的自由基，并且首次报道了空气稳定的氮荧光自由基的单晶结构，这一策略为设计和调控荧光自由基提供了新思路。