在石墨烯纳米材料中可控地引入具有精确结构的“缺陷”可以实现对其几何结构、分散性、电子结构、带隙等方面的精准调控。例如，在准一维石墨烯纳米带（GNRs）中引入精确的孔结构，一方面可以降低其共轭程度而减弱纳米带的聚集，从而提供良好的液相加工性；另一方面，孔修饰的纳米带表现出独特的几何构型、电子结构和热电传输性质等，使其在离子传输、气体传感、热电材料等领域具有巨大的应用潜力。然而，受限于当前的合成策略及缺乏合理的前驱体设计，液相制备含精确孔结构修饰的GNRs仍是该领域的挑战性难题。

近日，德国马克思普朗克微结构物理研究所、德累斯顿工业大学冯新亮院士，马骥研究员，牛雯慧博士与上海交通大学麦亦勇教授合作，通过设计预先含有大环分子修饰的聚苯撑前驱体，成功实现了含有精确六边形孔结构修饰GNRs的液相合成。理论计算与光物理表征证明，孔结构的引入有效地调节了GNRs的电子结构及带隙，并且没有破坏该纳米带的整体共轭性。

为验证合成策略的可行性和高效性，作者首先精准合成了含有单个六边形孔的模型分子（1a和1b）。通过高分辨质谱、STM、FTIR、拉曼及相关模拟等一系列表征手段，对模型分子结构的精确性进行了充分地验证。此外，DFT计算表明在模型分子中引入单个六边形孔可以在不破坏共轭性的前提下调控前沿轨道分布及能级结构。

随后，通过设计预先含有大环分子修饰的聚苯撑前驱体，实现了六边形孔修饰GNRs的液相高效合成。高分辨质谱结果表明了大环重复单元的周期性嵌入。目标pGNR结构的精确性得到了FTIR、拉曼及相应理论模拟的充分表征。

理论计算结果表明，通过在GNRs主干引入周期性六边形孔结构，纳米带的价带降低，导带升高，从而表现出增大的带隙。此外，通过比较引入孔结构前后纳米带的前沿轨道分布情况可以发现，纳米带的价带和导带始终分布在GNRs的整个骨架上，表明周期性六边形孔结构的引入未破坏纳米带的整体共轭性。该策略未来可用于液相合成具有定制孔尺寸/密度的石墨烯纳米带，并拓展其在传感、热电器件等领域的应用。