具有弯曲结构的多碳材料(比如富勒烯、碳纳米管等)在众多领域都展现出优异的性能以及宽广的发展空间,这些多碳材料受到科学家的广泛关注和研究。作为富勒烯和碳纳米管等曲面多碳材料,其具有确定结构的分子片段,碗状多环芳烃(又称为巴基碗或碗烯)不仅其新颖的结构引起人们的广泛关注,而且曲面结构赋予碗烯独特的电子结构,如非对称极化的π电子云、富电子的凹面等,使得碗烯在超分子材料、液晶材料等方面展现出重要的研究前景。然而,杂原子掺杂到碗烯的研究就相对较少。在碗烯中掺杂杂原子可以使结构从相对缺电子的体系转变为富电子的体系,使其具有较强的给电子能力,这可以调控和增强其在有机光电材料、超分子自组装以及电子器件方面的性能。掺杂杂原子的碗烯中最具有代表性的是硫杂巴基碗,它是首例被成功合成的杂原子掺杂的碗烯,其结构是由三个张力较大的噻吩环以及四个苯环所组成,其中硫原子的孤对电子增强了硫杂巴基碗的给电子能力,使得硫杂巴基碗变为富电子的碗烯。卤素原子因其存在较强的电子亲和能和化学反应活性,芳烃上的卤代基团可以方便地转化为其他功能基团,从而调控芳烃的理化性质。因此,在化学功能化中卤代芳烃是一种至关重要的前体分子。类似地,为了调控硫杂巴基碗的理化性质,我们对硫杂巴基碗的边缘苯环进行溴化,接着在溴化的基础上进行进一步的功能化修饰。同时,利用所合成的硫杂巴基碗和硒杂巴基碗的富电子碗状结构,将其与富勒烯进行了超分子自组装,形成了凹-凸型超分子组装体;发现不同杂原子掺杂可以调控分子间的电荷转移。这些超分子组装体具有较高的稳定性,分子间存在较强的π-π相互作用,在有机电子器件等领域具有应用前景。