晶體石墨納米帶合成的新策略

由Drs。博士領導的一組科學家的新工作。高壓科學技術高級研究中心(HPSTAR)的Lio Li和Zheng Haiyan與北京大學的Jing Jing博士合作發現，壓力誘導的1,4-二苯基丁二炔聚合可產生結晶石墨納米帶。他們的研究提供了一種新的策略來合成具有原子級有序和可控制寬度的晶體本體石墨烯納米帶。該結果最近發表在《美國化學學會雜志》上。

石墨納米帶(GNR)是帶狀石墨烯，其帶隙不為零，在納米級電子和光電器件領域顯示出巨大的潛在應用前景。帶隙的閉合與其寬度，主鏈和邊緣結構以及原子能級的取代有關。因此，原子上精確的GNR的合成非常關鍵。包括表面輔助和溶液介導的合成方法在內的“自下而上”方法是構建具有所需結構的GNR的誘人方法。但是，這兩種方法均不適用于合成大量晶體GNR。

獲得晶體產物的一種有前途的方法是固態拓撲化學聚合，其可以在外部物理刺激(光，熱，壓力等)的受限結晶環境中引發。不幸的是，SSTP的反應類型限于幾種類型，例如1，4-加成，[2 + 2]環加成和疊氮化物-炔烴環加成。在固相反應中幾乎看不到用于在溶液中構建新的六元碳環的最廣泛使用的Diels-Alder(DA)和Dehydro-Diels-Alder(DDA)反應，因為實現了適當的方向和二烯與二烯之間的距離親二烯體極具挑戰性。

壓力誘導聚合(PIP)在合成各種新型晶體材料中已顯示出其獨特的優勢，因為壓力是調節晶體結構和壓縮反應物的分子間距離的最有效方法。通過使用原位拉曼光譜和紅外光譜，作者發現1,4-二苯基丁二炔(DPB)的PIP通過意外的DDA反應與苯基作為親二烯體而不是二炔之間的1,4-加成反應開始。通過使用多種前沿技術，作者證實了該產品是結晶扶手椅石墨納米帶。它具有在邊緣帶有sp 3-碳的石墨烯納米帶結構。我們可以預期sp 3的碳可以轉化為sp 2通過損失氫產生碳，并產生清晰的扶手椅邊緣和寬度為1 nm的輪廓分明的GNR結構。

此外，研究人員還進行了原位高壓中子衍射，研究了在反應閾值壓力(10 GPa)下DPB的晶體結構，該DDA反應的臨界距離確定為3.2。基于反應之前不同反應位置的幾個定量距離，他們提出PIP由反應位置的距離決定，這不同于以官能團的活性為主的溶液反應。