近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授杜平武課題組通過精確分子設(shè)計(jì)，合成出單一手性指數(shù)單壁碳納米管的長共軛鏈段，并研究了其電子傳輸和空穴傳輸性質(zhì)。

在該工作中，研究人員將雙功能化結(jié)構(gòu)引入到彎曲共軛小分子碳環(huán)上，通過鎳催化的偶聯(lián)反應(yīng)使該片段實(shí)現(xiàn)了延伸，構(gòu)建出直徑確定的[8,8]單壁碳納米管長共軛鏈段（圖a），利用凝膠滲透色譜、核磁、紅外和拉曼光譜等表征手段證實(shí)成功合成了碳納米管的長共軛聚合物（圖b-d）。

利用廣角射線衍射測試發(fā)現(xiàn)聚合物固體薄膜具有明顯的衍射環(huán)，表現(xiàn)出一定的結(jié)晶度。對比單體和共軛聚合物的吸收、熒光和熒光衰減曲線，發(fā)現(xiàn)由于其共軛程度的增加也大大提升了聚合物的光物理性質(zhì)。該長共軛鏈段是世界上首例在結(jié)構(gòu)上接近扶手椅型單壁碳納米管的共軛高分子化合物。

圖：單一手性碳納米管的長共軛鏈段結(jié)構(gòu)PS1及其性質(zhì)研究。(a)PS1的結(jié)構(gòu)及其在溶液中發(fā)光；(b-d) PS1的凝膠滲透色譜、紅外和拉曼光譜表征以及與單體8對比結(jié)果；(e-f) PS1中的載流子輸運(yùn)性質(zhì)，兼具電子傳輸和空穴傳輸性能。（圖片來源：中科院官網(wǎng)）

據(jù)了解，碳納米管可被認(rèn)為是僅包含sp2鍵合原子的全碳基管狀共軛聚合物，然而迄今為止，直徑特定的碳納米管片段長共軛聚合物尚無研究報(bào)道。

具有單一直徑和手性的純碳納米管材料在納米科技和電子學(xué)領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用潛力，但是合成這樣的碳納米管是合成化學(xué)和材料化學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)重要挑戰(zhàn)。

本次研究團(tuán)隊(duì)的結(jié)果實(shí)現(xiàn)了合成特定直徑的單壁碳納米管的新型長共軛結(jié)構(gòu)，為制備超純單壁碳納米管提供了相應(yīng)的共軛高分子模板，也為溶液法構(gòu)建單一手性碳納米管的制備和性質(zhì)研究提供了重要借鑒。

此外，值得注意的是該項(xiàng)研究得到國家自然科學(xué)基金委、科技部、合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心和能源材料化學(xué)前沿協(xié)同創(chuàng)新中心的資助。