記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校杜平武教授課題組通過精確分子設(shè)計，在世界上合成出首例單一手性指數(shù)單壁碳納米管的長共軛鏈段。該成果日前以封面文章的形式發(fā)表于《美國化學(xué)會志》雜志上。
碳納米管可被認為是僅包含sp2鍵合原子的全碳基管狀共軛聚合物，然而直徑特定的碳納米管片段長共軛聚合物尚無研究報道。具有單一直徑和手性的純碳納米管材料，在納米科技和電子學(xué)領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用潛力，但合成這樣的碳納米管是合成化學(xué)和材料化學(xué)領(lǐng)域的一個重要挑戰(zhàn)。催化劑表面介導(dǎo)生長的方法在制備碳納米管方面表現(xiàn)出巨大潛力，然而納米管純度始終是個難以克服的問題。
研究人員基于前期在碳納米管新結(jié)構(gòu)合成和物理性質(zhì)方面的系列工作，巧妙地將雙功能化結(jié)構(gòu)引入到彎曲共軛小分子碳環(huán)上。隨后，通過鎳催化的偶聯(lián)反應(yīng)使該片段實現(xiàn)了在一維方向上的延伸，構(gòu)建出直徑確定的單壁碳納米管長共軛鏈段，利用凝膠滲透色譜、核磁、紅外和拉曼光譜等表征手段證實成功合成了碳納米管的長共軛聚合物。利用廣角射線衍射測試發(fā)現(xiàn)聚合物固體薄膜具有明顯的衍射環(huán)，表現(xiàn)出一定的結(jié)晶度。對比單體和共軛聚合物的吸收、熒光和熒光衰減曲線，發(fā)現(xiàn)由于其共軛程度的增加也大大提升了聚合物的光物理性質(zhì)。
該長共軛鏈段是世界上首例在結(jié)構(gòu)上接近扶手椅型單壁碳納米管的共軛高分子化合物，實現(xiàn)了合成特定直徑的單壁碳納米管的新型長共軛結(jié)構(gòu)，為制備超純單壁碳納米管提供了相應(yīng)的共軛高分子模板，也為溶液法構(gòu)建單一手性碳納米管的制備和性質(zhì)研究提供了重要借鑒。