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(jì)，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(huì)志》雜志上。
碳納米管可被認(rèn)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(bào)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(gè)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(gè)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(shí)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(shí)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(cè)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(duì)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(shí)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。