科学家提出纳米石墨带合成新要领

 
 
科学家提出纳米石墨带合成新要领  
 

北京高压科学研究中心李阔、郑海燕团队与北京大学鞠晶团队相助发明，高压下1,4-二苯基丁二炔分子晶体可产生拓扑节制的脱氢狄尔斯—阿尔德回响，生成晶态纳米石墨带。该研究为纳米石墨带的可控合成提供了新思路。相关成就日前颁发于《美国化学会志》。

石墨烯是零带隙质料。这极大地限制了其在半导体器件上的应用。打开其带隙的一种有效要领是将二维的石墨烯转变为准一维的纳米石墨烯带。纳米石墨烯带的带隙可以通过节制其宽度、骨架布局、边沿布局以及杂原子掺杂来实现调控，从而在下一代电子学器件上揭示出庞大的应用前景。今朝，纳米石墨烯带的精准可控合成主要采纳“自下而上”的计策，即由小分子通过溶液回响或外貌回响合成，但这些要领存在样品量少、提纯坚苦以及布局不均一等缺点。

高压（大于1万个大气压）可以有效改变分子的会萃方法，压缩分子间的间隔，改变原子的成键方法。险些所有的不饱和有机小分子都可以在高压下产生聚合，高压因此成为开拓新型聚合回响、自下而上合成新型碳基质料的有效途径。高压诱导的固相聚合回响，无需利用溶剂、催化剂、激发剂，是新的绿色、原子经济的合成要领。

在常压下，二炔类分子主要通过光引发或热引发举办1,4-加成拓扑聚合回响，其回响活性主要取决于晶体中分子的会萃方法。而1,4-二苯基丁二炔在常压下由于晶体中分子间的间隔过大，因此无法举办雷同回响。研究人员最初但愿操作压力来压缩其分子间间隔，从而诱导1,4-加成回响。然而，原位拉曼光谱和红外光谱研究表白，1,4-二苯基丁二炔在高压下以苯基和炔基配合参加的拓扑化学回响路径举办回响，而非传统的1,4-加成回响。

为进一步研究回响机理，研究人员操作原位高压中子衍射谱仪，研究了1,4-二苯基丁二炔分子在回响临界压力（约10万个大气压）下的晶体布局，由此确定了回响是从苯基炔与苯基之间的脱氢狄尔斯—阿尔德回响（DDA）开始，且回响的临界间隔为3.2 ?。

该团队进一步综合操作电子衍射等一系列表征手段与理论计较手段，阐明白回响产品的晶体布局，发明产品为两种差异氢含量的纳米石墨带。最后，研究人员较量了临界回响压力下1,4-二苯基丁二炔分子晶体中其他大概路径的回响间隔，提出拓扑聚合回响是由“间隔选择”所主导的概念，这与由官能团活性选择所主导的溶液回响差异。

该研究首次发明白分子晶体中拓扑化学节制的脱氢狄尔斯—阿尔德回响，为晶态纳米石墨带的合成提供了一种新的原子级可控的“自下而上”的合成要领。研究者提出的间隔选择性纪律将为拓扑聚合回响的设计与合成提供重要参考。

相关论文信息：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c08274

版权声明：凡本网注明“来历：中国科学报、科学网、科学新闻杂志”的所有作品，网站转载，请在正文上方注明来历和作者，且不得对内容作实质性窜改；微信公家号、头条号等新媒体平台，转载请接洽授权。邮箱：shouquan@stimes.cn。