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纳米管的化学合成

2019-03-14 15:43:25来源:

研究人员首次使用苯 - 一种常见的碳氢化合物 - 来制造一种新型的分子纳米管,这可能会导致新的基于纳米碳的半导体应用。

化学系的研究人员一直在东京大学理学研究生院最近翻新的实验室努力工作。原始的环境和智能的布局为他们提供了激动人心的实验的充足机会。Hiroyuki Isobe教授及其同事对“美丽”的分子结构表示赞赏,并创造出一种不仅美观而且也是化学首先的东西。

它们的苯纳米管(pNT)因其令人愉悦的对称性和简洁性而美观,这与其复杂的生成方式形成鲜明对比。众所周知,纳米管的化学合成是困难和具有挑战性的,如果您希望精心控制所讨论的结构以提供独特的性质和功能,则更是如此。

典型的碳纳米管以其完美的石墨结构而闻名,没有缺陷,但它们的长度和直径变化很大。Isobe和他的团队想要一种单一类型的纳米管,这是一种在纳米尺寸的圆柱形结构中具有受控缺陷的新型形式,允许额外的分子增加性质和功能。

研究人员的新合成过程始于苯,一个六个碳原子的六角环。他们使用反应将这些苯中的六种结合,制成更大的六角环,称为环 - 间 - 亚苯基(CMP)。然后使用铂原子,其允许四个CMP形成开口立方体。当铂被移除时,立方体会形成一个厚圆形,并在两端配备桥接分子,使管形状成为可能。

这听起来很复杂,但令人惊讶的是,这个复杂的过程在90%的时间内以正确的方式成功地粘合了苯。关键还在于分子的对称性,这简化了组装多达40个苯的过程。这些苯,也称为苯,用作面板以形成纳米尺寸的圆柱体。结果是具有故意周期性缺陷的新型纳米管结构。理论研究表明,这些缺陷使纳米管具有半导体特性。

“pNT的晶体也很有趣:pNT分子排列并填充在富含孔隙和空隙的晶格中,”Isobe解释道。“这些纳米孔可以封装各种物质,这些物质使pNT晶体具有在电子应用中有用的特性。我们成功嵌入到pNT中的一个分子是一种叫做富勒烯(C70)的大型碳分子。”

“由Kroto / Curl / Smalley领导的团队在1985年发现了富勒烯。据说Harold Kroto爵士爱上了美丽的分子,”Isobe继续道。“我们对pNT也有同样的看法。我们对结晶分析中的分子结构感到震惊。我们的化学合成产生了四重对称的完美圆柱结构。”

“自发现以来几十年后,这种美丽的分子富勒烯已经发现了各种用途和应用,”Isobe补充道。“我们希望我们分子的美丽也指向等待被发现的独特属性和有用功能。”