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一种合成结晶石墨纳米带的新策略

人工智能 2021-06-24 16:36:17

由博士领导的一组科学家的新工作。高压科学与技术高级研究中心 (HPSTAR) 的郭立和郑海燕与北京大学的鞠婧博士合作,发现 1,4-二苯基丁二炔的压力诱导聚合可产生结晶石墨纳米带。他们的研究提供了一种合成具有原子级有序和可控宽度的晶体块状石墨烯纳米带的新策略。结果最近发表在《美国化学学会杂志》上。

石墨纳米带(GNRs)是石墨烯条带,具有非零带隙,在纳米级电子和光电子器件领域显示出巨大的应用潜力。带隙的闭合与其宽度、骨架和边缘结构以及原子级取代有关。因此,原子级精确 GNR 的合成非常关键。包括表面辅助和溶液介导的合成方法在内的“自下而上”方法是构建具有所需结构的 GNR 的有吸引力的协议。然而,这两种方法不适合合成块状结晶 GNR。

获得结晶产物的一种有前途的方法是固态拓扑化学聚合,它可以在外部物理刺激(光、热、压力等)下在受约束的结晶环境中诱导。不幸的是,SSTP 的反应类型仅限于几种类型,例如 1,4-加成、[2+2] 环加成和叠氮-炔环加成。用于在溶液中构建新六元碳环的最广泛使用的 Diels-Alder (DA) 和 Dehydro-Diels-Alder (DDA) 反应在固态反应中很少见,因为实现了二烯和二烯之间的适当取向和距离。亲二烯者极具挑战性。

压力诱导聚合(PIP)在各种新型晶体材料的合成中显示出其独特的优势,因为压力是调节晶体结构和压缩反应物分子间距离的最有效方式。通过使用原位拉曼和红外光谱,作者发现 1,4-二苯基丁二炔 (DPB) 的 PIP 是通过意外的 DDA 反应开始的,苯基作为亲二烯体,而不是二炔之间的 1,4-加成反应。通过使用多项尖端技术,作者证实该产品是结晶扶手椅石墨纳米带。它具有石墨烯纳米带结构,边缘带有sp 3 -碳。我们可以预期 sp 3碳可以转化为 sp 2-碳通过失去氢和明确定义的 GNR 结构,具有清晰的扶手椅边缘和 1 nm 的宽度。

此外,研究人员还进行了原位高压中子衍射,以探索反应阈值压力 (10 GPa) 下 DPB的晶体结构,该 DDA 反应的临界距离确定为 3.2 Å。他们基于反应前不同反应位置的几个定量距离,提出PIP由反应位置的距离主导,这不同于由官能团活性主导的溶液反应。

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