新纳米管:结构能自由设计且特质可控的周期孔纳米管pNT

新技术 2019年01月22日
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东京大学的研发小组化学合成了带有周期性空孔的碳纳米管(周期孔纳米管pNT)。通过自主改进芳香族化合物的耦合反应加以利用,将40个苯成功连接成筒状。此次的研究制作了长度和粗细均为2纳米左右的纳米管。预计长度和粗细今后也可自由设计。

研发小组还在周期孔纳米管pNT的筒内,成功放入了多个椭圆状分子C70富勒烯。另外通过理论研究发现,由于存在周期性空孔,纳米管的电子性质发生了巨大变化。以往的碳纳米管长度和粗细不一致,但周期孔纳米管pNT是长度和粗细等分子结构明确且一致的“分子性物质”,这将为碳材料的应用研究做出贡献。

此次的研究成果已于2019年1月11日发布在国际学术杂志《科学》(Science)上。

新纳米管:结构能自由设计且特质可控的周期孔纳米管pNT

图1:具有周期性空孔的碳纳米管(周期孔纳米管pNT)的分子结构(晶体结构的侧视图)

新纳米管:结构能自由设计且特质可控的周期孔纳米管pNT

图2:具有周期性空孔的碳纳米管(周期孔纳米管pNT)的分子结构(晶体结构的仰视图)

新纳米管:结构能自由设计且特质可控的周期孔纳米管pNT

图3:周期孔纳米管pNT的合成法概略。利用3种芳香族化合物的耦合反应。

新纳米管:结构能自由设计且特质可控的周期孔纳米管pNT

图4:周期孔纳米管pNT的尺寸。nm为纳米。

新纳米管:结构能自由设计且特质可控的周期孔纳米管pNT

图5:放入富勒烯C70的周期孔纳米管pNT的晶体结构。周期孔纳米管pNT分子形成筒状并结晶,产生较大的缝隙。由此发现,不仅是筒内,还能将富勒烯C70放入筒外。

新纳米管:结构能自由设计且特质可控的周期孔纳米管pNT

图6:放入富勒烯C70的周期孔纳米管pNT的晶体结构。本图仅显示筒内的富勒烯C70。结构类似于豌豆角(peapod)。

新纳米管:结构能自由设计且特质可控的周期孔纳米管pNT

图7:对周期孔纳米管pNT进行了加长的物质的理论预测图。通过量子力学计算预测这种物质为半导体。红色部分是此次研究合成的分子,其他部分是理论上延长的部分。设想利用高分子合成法等,在不久的将来,包括延长部分在内,可以化学合成更长的pNT纳米管。

文 JST客观日本编辑部

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