具有高掺杂与稳定性的 FeCl$_{3}$ 插层塌缩碳纳米管宏观纱线

高度结晶纳米碳的宏观阵列提供了修饰其低维组分电子结构（例如通过掺杂）并研究由此产生的集体块体行为的可能性。在石墨层间插入电子给体或受体是一种无需破坏 sp$2$ 共轭体系即可可逆提高载流子浓度的引人注目的方法。本工作展示了将 FeCl$_{3}$ 插层到由塌缩（扁平化）碳纳米管制成的纤维中。塌缩 CNT 的束类似于石墨纳米 ribbon 的晶畴，其容纳了长达数百 $nm$ 的 elongated 层状 FeCl$_{3}$ 晶体，远长于先前关于石墨材料的报道，并可通过透射电子显微镜和 X 射线衍射直接观察。插层 CNT 纤维在暴露于环境条件下数月后仍保持稳定，部分原因是晶体边缘自发形成了 FeClO 钝化单分子层，阻止了插层物脱附与进一步水解。拉曼光谱显示从 CNT 到 FeCl$_{3}$（一种已知的受体）有显著的电子转移，表现为 G 带高达 $25 cm^{-1}$ 的上移。在解析了塌缩 CNT 内外层的拉曼特征后，可将电荷转移对拉曼上移的应变与动力学效应贡献解耦，得到费米能级下移 $- 0.72 eV$，以及插层体系中 $5.3X10^{13}$ $cm^{-2}$（每个碳原子 $0.014$ 个电子）的大平均自由载流子浓度。四探针电阻测量显示插层后电导率提高了六倍。