长共轭链段合成单壁碳纳米管 有望溶液法构建碳纳米管
- 2019/12/11 15:18:42 24667
- 来源：仪表网
【仪表网 仪表研发】碳纳米管可被认为是仅包含sp2键合原子的全碳基管状共轭聚合物，然而迄今为止，直径特定的碳纳米管片段长共轭聚合物尚无研究报道。近日，中国科学技术大学教授杜平武课题组通过精确分子设计，合成出单一手性指数单壁碳纳米管的长共轭链段，并研究了其电子传输和空穴传输性质。
碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接很好，具有许多异常的力学、电学和化学性能。近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入其广阔的应用前景也不断地展现出来。
碳纳米管中碳原子以sp2 杂化为主，同时六角型网格结构存在一定程度的弯曲，形成空间拓扑结构，其中可形成一定的sp3 杂化键，即形成的化学键同时具有sp2 和sp3 混合杂化状态，而这些p 轨道彼此交叠在碳纳米管石墨烯片层外形成高度离域化的大π 键，碳纳米管外表面的大π 键是碳纳米管与一些具有共轭性能的大分子以非共价键复合的化学基础。
具有单一直径和手性的纯碳纳米管材料在纳米科技和电子学领域有着重要的应用潜力，但是合成这样的碳纳米管是合成化学和材料化学领域的一个重要挑战。催化剂表面介导生长的方法在制备碳纳米管方面表现出巨大潜力，然而纳米管纯度始终是个难以克服的问题。从精确结构控制的角度考虑，利用自下而上的方法是制备单一手性高纯度碳纳米管的理想策略之一，典型的环对苯撑结构可以看作是扶手椅型碳纳米管的短片段，对其结构进行长共轭延伸，有望得到结构上接近碳纳米管的新型功能材料。
在该工作中，研究人员基于前期在碳纳米管新结构合成和物理性质方面的系列工作，巧妙地将双功能化结构引入到弯曲共轭小分子碳环上。随后，通过镍催化的偶联反应使该片段实现了在一维方向上的延伸，构建出直径确定的[8,8]单壁碳纳米管长共轭链段，利用凝胶渗透色谱、核磁、红外和拉曼光谱等表征手段证实成功合成了碳纳米管的长共轭聚合物。
共轭聚合物具有较强的光捕获能力，可用来放大荧光传感信号，在疾病诊断以及生物检测等方面发挥了越来越重要的作用。近几年来共轭聚合物在细胞与动物水平的荧光成像以及生物医学领域的应用也获得了高度关注。在国家自然科学基金委以及科技部的资助下，中国科学院化学研究所有机固体重点实验室的科研人员在共轭聚合物设计与生物医药应用领域取得系列新进展。
利用广角射线衍射测试发现聚合物固体薄膜具有明显的衍射环，表现出一定的结晶度。对比单体和共轭聚合物的吸收、荧光和荧光衰减曲线，发现由于其共轭程度的增加也大大提升了聚合物的光物理性质。载流子迁移率测试结果表明，该聚合物同时具有传输电子和空穴的能力，分别为μe～2.0 × 10-5 cm2·V-1·S-1和 μh～1.2 × 10-5 cm2·V-1·S-1。
该长共轭链段是世界上首例在结构上接近扶手椅型单壁碳纳米管的共轭高分子化合物。本文报道的结果实现了合成特定直径的单壁碳纳米管的新型长共轭结构，为制备超纯单壁碳纳米管提供了相应的共轭高分子模板，也为溶液法构建单一手性碳纳米管的制备和性质研究提供了重要借鉴。
资料来源：中国科学技术大学、百科
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