材料的分子级设计被视为现代科学的重要前沿方向之一。平面且高度共轭的有机分子已应用于化学传感器、光电子器件和能量转换系统等领域。研究人员普遍认为，将多个分子单元“连接”以延伸电子结构，是调控材料性质、提升性能的关键路径之一。

不过，随着分子结构复杂度提升，合成难度也随之显著增加。研究指出，在不少情况下，分子会因溶解性下降而难以通过传统溶液法获得，这一限制长期制约了更大尺寸、功能更丰富的分子结构构建。

据生物化学与分子材料研究中心（CiQUS）介绍，由路易斯·M·马特奥（Luis M. Mateo）和迭戈·佩尼亚（Diego Peña）领导的研究团队采用一种“混合策略”尝试突破上述瓶颈：首先在溶液中合成经过设计的酞菁单元，随后将这些单元沉积到金属表面，使其在表面受控条件下发生反应，最终形成由五个交叉形融合酞菁组成的扩展结构。研究团队表示，该方法结合了经典溶液化学的可控性与表面合成在特定条件下构筑复杂结构的能力。

相关成果已发表在《应用化学国际版》（Angewandte Chemie International Edition）。马特奥表示，金属表面不仅促进了酞菁五聚体的形成，也使研究人员能够借助扫描探针显微镜对其进行亚分子分辨率的表征。

研究团队称，最终得到的纳米结构中，五个酞菁单元在电子层面表现为一个统一的扩展系统。实验结果显示，这种连接方式显著降低了整体能隙；研究人员指出，能隙是影响电荷传输以及先进功能材料开发的重要性质之一。

此外，研究还利用酞菁中心空腔可与金属配位的特性，在结构特定位置选择性引入不同金属，从而为中心核赋予包括磁性在内的新功能。

佩尼亚表示，下一步工作将是“修改分子前体设计，以获得由酞菁组成的二维聚合物”，以进一步探索这种纳米材料可能呈现的独特性质。

CiQUS方面介绍，该研究在MolDAM项目框架下推进，并与德国雷根斯堡大学以及瑞士IBM欧洲研究院苏黎世分部开展合作，结合了化学合成与原子分辨率显微技术。研究团队认为，这一进展拓展了合成化学的可实现范围，并为更复杂二维材料的设计提供了新的路径，相关材料未来或可用于分子电子学、量子技术和新能源器件等方向。