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一维原子碳链的故事之五:将碳链从碳纳米管中拿出?

已有 4187 次阅读 2018-8-22 18:04 |个人分类:我是物理博士|系统分类:论文交流

 

碳的同素异形体多种多样,从三维到一维,从sp3sp1,其中新型的纳米碳包含富勒烯(准零维,诺贝尔化学奖),碳纳米管(准一维,诺奖级别),石墨烯(二维,诺贝尔物理学奖)等,然而很多人并不知道真正的一维纳米碳材料:碳链(一维,未来的发展方向)。今天发两篇帖子介绍一下我们近期对于碳链研究的一些进展。关于碳链的制备请参见我之前的博文:我的Nature Materials论文:一种碳的一维同素异形体。

 

今年在几个国家开了六次会议来宣传我们关于一维原子碳链的工作,开会的时候经常有人问我:你的碳链是在碳纳米管中生长的,生长之后是否能够将碳链从碳纳米管中拿出来?这个问题很容易回答,那就是目前还不能完全拿出来,因为碳链的高度活性和不稳定性会导致单独的碳链直接分解而不复存在。有机化学家努力了一百多年,也只是将最长的碳链稳定到了包含44个碳原子,碳链的两头加上了复杂的化学基团。我们的碳链最长包含几千个碳原子,基本上没有可能找到合适的化学基团来将拿出来的碳链稳定住,因此,碳纳米管的作用和有机化学基团的作用是一样的,稳定碳链的同时,还会改变碳链本身的性能,如:碳链和碳管/化学基团之间的相互作用和电荷传递会导致碳链能隙减小(见我们的Physical Review Materials上的论文https://journals.aps.org/prmaterials/abstract/10.1103/PhysRevMaterials.1.075601)。

 

其实六年前我们就一直在尝试如何将碳链拿出来,近期我们发表在ACS Nano上的论文讲述了一些初步的结果:我们可以将最内层的碳纳米管和碳链一起从双壁碳纳米管中抽出(论文见:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.8b04006)。

 

如下图,我们利用超声和梯度密度离心的方法可以将碳链@单层碳纳米管和其他的碳纳米材料分开。通过拉曼光谱和吸收光谱还证明了双壁碳纳米管的外层管对于碳链的性能没有影响,只有内层管才会通过相互作用和电荷传递来影响里面的一维碳链。未来的研究着眼于如何降低碳链的损耗和其荧光光谱的探测方向上。

ACS Nano.png




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