單壁碳納米管的新型長共軛結(jié)構(gòu)被中科大實現(xiàn)

近日，中國科學技術(shù)大學教授杜平武課題組通過精確分子設(shè)計，合成出單一手性指數(shù)單壁碳納米管的長共軛鏈段，并研究了其電子傳輸和空穴傳輸性質(zhì)。

獲悉，本次研究團隊的結(jié)果實現(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。

目前，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，然而迄今為止，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領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用潛力，但是合成這樣的碳納米管是合成化學和材料化學領(lǐng)域的一個重要挑戰(zhàn)。催化劑表面介導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。從精確結(jié)構(gòu)控制的角度考慮，利用自下而上的方法是制備單一手性高純度碳納米管的理想策略之一，典型的環(huán)對苯撐結(jié)構(gòu)可以看作是扶手椅型碳納米管的最短片段，對其結(jié)構(gòu)進行長共軛延伸，有望得到結(jié)構(gòu)上接近碳納米管的新型功能材料。

在該工作中，研究人員將雙功能化結(jié)構(gòu)引入到彎曲共軛小分子碳環(huán)上，通過鎳催化的偶聯(lián)反應(yīng)使該片段實現(xiàn)了延伸，構(gòu)建出直徑確定的[8,8]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)。載流子遷移率測試結(jié)果表明，該聚合物同時具有傳輸電子和空穴的能力，分別為μe～2.0 × 10-5 cm2·V-1·S-1 和 μh～1.2 × 10-5 cm2·V-1·S-1。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。

此外，該項研究得了到國家自然科學基金委、科技部、合肥微尺度物質(zhì)科學國家研究中心和能源材料化學前沿協(xié)同創(chuàng)新中心的資助。