单一手性单壁碳纳米管的选择性生长,是国际上历经20余年努力至今仍悬而未决的一个难题。针对这一难题,北京大学化学与分子工程学院李彦课题组提出了一种可能的解决方案,相关论文发表在近日出版的《自然》杂志上。
单壁碳纳米管可看作是由石墨烯沿一定方向卷曲而成的空心圆柱体,根据卷曲方式的不同,可以是金属性导体或带隙不同的半导体。用一般方法合成的样品均为不同结构的碳纳米管组成的混合物。单一手性单壁碳纳米管的选择性生长,成为碳纳米管研究和应用发展20多年未打破的瓶颈。
李彦教授课题组十几年来一直致力于单壁碳纳米管的可控生长研究,特别是在催化剂研究方面开展了深入系统的研究,形成了自己的特色。基于对碳纳米管生长催化剂性能的深入了解,他们提出利用具有固定结构的催化剂来调控生成单壁碳纳米管的方案,发展了一类钨基合金催化剂。这种催化剂纳米粒子具有非常高的熔点,能够在单壁碳纳米管生长的高温环境下保持其晶态结构和形貌。同时,这类催化剂本身具有独特的结构。利用这种钨基合金纳米晶为催化剂,就能够生长出具有特定结构的单壁碳纳米管。
该研究的创新性主要体现在:提出了一种实现单壁碳纳米管结构可控制备的方法,发展了一种新型的钨基合金催化剂,提出了在温和条件下制备钨基合金纳米晶的新方法。
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