近期，中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所超分子光化學(xué)研究團(tuán)隊聯(lián)合復(fù)旦大學(xué)、北京大學(xué)的科研人員利用光化學(xué)和有機(jī)化學(xué)的合成手段，在精確構(gòu)建新型碳基納米材料研究中取得新進(jìn)展。相關(guān)研究成果已發(fā)表于國際化學(xué)期刊《美國化學(xué)會志》。

    大規(guī)模精確制備碳基納米材料一直是材料合成領(lǐng)域的重要科學(xué)問題，這為發(fā)揮有機(jī)化學(xué)在合成復(fù)雜含碳分子方面的優(yōu)勢提供了創(chuàng)新機(jī)遇。

    該研究原創(chuàng)性地利用蒽光二聚體的剛性彎折結(jié)構(gòu)作為中心合成單元，借助過渡金屬促進(jìn)的偶聯(lián)反應(yīng)等方法高效合成具有數(shù)字8形狀的高度扭曲芳香族雙環(huán)分子；進(jìn)而利用蒽二聚反應(yīng)的可逆性在加熱條件下實現(xiàn)擴(kuò)環(huán)，完成非平面芳香環(huán)系的構(gòu)建并精確合成碳納米環(huán)分子。

    該論文的通訊作者，同時也是主導(dǎo)該研究工作的理化所研究員叢歡告訴《中國科學(xué)報》記者，他們的實驗和理論研究結(jié)果表明碳納米環(huán)分子在室溫下可在螺旋型和扶手椅型碳納米管的結(jié)構(gòu)單元之間快速轉(zhuǎn)換。上述兩個共軛納米分子均為首次合成，并具有獨特的光電性質(zhì)和較高的光量子效率，為進(jìn)一步合成工作以及優(yōu)化材料性質(zhì)奠定了良好基礎(chǔ)。

    叢歡解釋，此類有機(jī)合成的新型碳基納米材料，核心結(jié)構(gòu)特征與合成難點在于將原本平面的芳香環(huán)通過有機(jī)合成的手段實現(xiàn)彎折，成為了一個大環(huán)分子。

    “這樣的結(jié)構(gòu)使分子在光化學(xué)和電化學(xué)方面具有獨特的性質(zhì)，如熒光量子產(chǎn)率較高，進(jìn)而可作為有機(jī)半導(dǎo)體、光電材料開展進(jìn)一步研究。”此外，叢歡表示，碳納米管的精確合成至今還是材料科學(xué)領(lǐng)域前沿的重要科學(xué)問題，這類分子作為碳納米管的最小結(jié)構(gòu)單元得到可控的大量制備，為課題組進(jìn)一步研究利用有機(jī)合成手段合成更復(fù)雜的碳基納米材料，甚至是碳納米管的精確全合成方面奠定了良好的工作基礎(chǔ)。

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