将芳香族烃分子转化为单壁碳纳米管内封闭的碳yne 的通用方法
材料科学
2024-12-31 v1 介观与纳米尺度物理
化学物理
摘要
碳yne 是一种 sp1 混合型的碳 allotrope，一种线性碳链，具有理论上优于 sp2 混合型石墨和碳纳米管（CNT）的异常理论性能。然而，由于 Peierls 扭曲导致的不稳定性，碳yne 的存在一直存在争议，从而限制了其实际应用开发。唯一成功的碳yne 合成方式是通过在 CNT 内实现， resulting in 一种称为封闭碳yne（confined carbyne, CC）的形式。然而，CC 仅能在多壁 CNT 内合成，限制了其属性调谐能力仅限于 CNT 的内管。本文提出了一种通用方法，用于在直径为 0.9-1.3 nm 的单壁碳纳米管（SWCNT）内合成 CC。将芳香族烃分子填充至 SWCNT 内，并在低温退火处理下转化为 CC。多种芳香族烃分子被确认是 CC 形成的有效前体，拉曼频率中心为 1861 cm-1。直径小于 0.8 nm 的富集 (6,5) 和 (7,6) SWCNT 对于 CC 的形成不如直径为 0.9-1.3 nm 的 SWCNT 有效。此外，共振拉曼光谱揭示了 CC 在 1861 cm-1 处的光学带隙为 2.353 eV，这与由拉曼信号与光学带隙之间线性关系得到的结果一致。该新开发的方法为从多种前体分子在多样化模板内合成 CC 提供了一种通用途径，这不仅限于 SWCNT，也可能扩展到任何具有适当尺寸的模板，包括分子沉积剂、沸石、硼氮纳米管以及金属有机框架。
引用
@article{arxiv.2412.20394,
title = {A Universal Method to Transform Aromatic Hydrocarbon Molecules into Confined Carbyne inside Single-Walled Carbon Nanotubes},
author = {Yingzhi Chen and Kunpeng Tang and Wendi Zhang and Huiju Cao and Hongwei Zhang and Yanghao Feng and Weili Cui and Yuan Hu and Lei Shi and Guowei Yang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2412.20394},
year = {2024}
}
备注
31 pages, 5 figures