【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】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。近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)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)。
 

 

　　碳納米管作為一維納米材料，重量輕，六邊形結(jié)構(gòu)連接很好，具有許多異常的力學(xué)、電學(xué)和化學(xué)性能。近些年隨著碳納米管及納米材料研究的深入其廣闊的應(yīng)用前景也不斷地展現(xiàn)出來。
 

　　碳納米管中碳原子以sp2 雜化為主，同時六角型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)存在一定程度的彎曲，形成空間拓撲結(jié)構(gòu)，其中可形成一定的sp3 雜化鍵，即形成的化學(xué)鍵同時具有sp2 和sp3 混合雜化狀態(tài)，而這些p 軌道彼此交疊在碳納米管石墨烯片層外形成高度離域化的大π 鍵，碳納米管外表面的大π 鍵是碳納米管與一些具有共軛性能的大分子以非共價鍵復(fù)合的化學(xué)基礎(chǔ)。
 

　　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，但是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。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[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。
 

　　共軛聚合物具有較強的光捕獲能力，可用來放大熒光傳感信號，在疾病診斷以及生物檢測等方面發(fā)揮了越來越重要的作用。近幾年來共軛聚合物在細胞與動物水平的熒光成像以及生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用也獲得了高度關(guān)注。在國家自然科學(xué)基金委以及科技部的資助下，中國科學(xué)院化學(xué)研究所有機固體重點實驗室的科研人員在共軛聚合物設(shè)計與生物醫(yī)藥應(yīng)用領(lǐng)域取得系列新進展。
 

　　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。本文報道的結(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。
 

　　資料來源：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、百科