多环芳烃（PAHs）凭借其独特的化学结构和丰富的光电性质，在有机发光二极管（OLEDs）、有机场效应晶体管（OFETs）和有机太阳能电池（OSCs）等领域具有广泛的应用前景。然而，尽管对PAHs光电性质的调控已经取得了巨大进展，设计带隙小于1.2 eV，实现短波红外（SWIR, λ > 1000 nm）光吸收的PAHs仍然面临挑战。传统PAHs减小带隙的方法是通过大幅拓展π-共轭骨架的尺寸。尽管有数十个稠环的PAHs被成功合成，但由于有效共轭长度效应导致的共轭饱和行为，其吸收最大吸收峰值仍然难以超越1000 nm。

针对上述挑战，中国科学院长春应化所刘俊团队提出利用O—B←N键稳定分子内醌式构型，提升分子内电荷离域的策略，设计具有短波红外吸收性质的PAHs。分子设计如图1所示，通过在萘二酰亚胺（NDI）核心嵌入四个O—B←N键，构筑目标分子4OBN。四个O—B←N键的嵌入使得NDI核心从芳香构型转换为醌式构型，显著增强了π电子离域。4OBN的光学带隙从NDI的3.10 eV降至0.88 eV，吸收起始波长从400 nm红移至1410 nm。4OBN还具有短波红外区强吸收且可见光区（380 -780 nm）高透过的特性，可应用于浅色红外防伪技术。

能级计算结果表明，4OBN带隙相较于NDI减小2.39 eV，相较于硼烷化前体4H-TAHDI，带隙减小0.59 eV。这主要是由O—B←N键稳定的醌式构型和强的缺电子性质导致的。键长交替计算证实了O—B←N结构单元的嵌入使中心核由NDI中的芳香构型转变为醌式构型，环电流以及核独立化学位移计算证实了4OBN中心核显著增强的π电子离域。

4OBN分子根据图3的合成路线制备。40BN表现出多重可逆的氧化还原过程，根据初始还原/氧化电位估算其HOMO/LUMO能级分别为‒4.27 eV和‒4.94 eV。4OBN在短波红外区具有1117 nm 和 1263 nm 两个强吸收峰，起始吸收波长 1410 nm，光学带隙0.88 eV。4OBN的溶液还具有最大峰值在1212 nm的短波红外荧光。此外，4OBN表现出选择性可见光高透过，短波红外光吸收的特征，其稀溶液和薄膜在人眼观察下几乎无色。将基于4OBN的墨水打印在彩色图案上，具有优异的隐蔽性，人眼不可见，在改装的红外相机下可呈现清晰的字母图案，证实了其高效的浅色防伪能力。

综上所述，该工作不仅提供了一种调控PAHs光电性质的新策略，也拓展了一类全新的具有短波红外光响应的有机材料体系。

文章的第一作者是中国科学院长春应化所的博士研究生毛灿云，通讯作者是刘俊研究员与邵兴鑫博士。该研究受到中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队计划，中国科学院先导专项以及国家自然科学基金的资助。

Stabilizing the Quinoidal Form of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons by O─B←N Units to Give a > 1000 nm Redshift in the Absorption Wavelength

Canyun Mao, Dr. Xingxin Shao, Prof. Jun Liu, Prof. Lixiang Wang

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202505353