纳米石墨的新合成方法

北京高压科学研究中心李阔、郑海燕团队与北京大学鞠晶团队合作利用电子衍射、拉曼光谱和红外光谱发现，1,4-二苯基丁二炔分子晶体在高压下可发生脱氢狄尔斯—阿尔德反应，生成了晶体态的纳米石墨带。这项研究为可控合成纳米石墨带提供了新方法。相关的研究成果已发表在《美国化学会志》。

石墨烯是一种零带隙材料，这对于它应用于半导体器件上产生了很大的限制。将二维的石墨烯转变成准一维的纳米石墨烯带是打开石墨烯带隙的一种有效方法，通过控制其骨架结构、宽度、边缘结构和原子掺杂来实现控制，从而可以在下一代的电子学器件上发现出巨大的应用作用。当前，主要使用“自上而下”的策略来实现纳米带的可控精准合成，即由通过溶液反应或者表面反应合成小分子，但是这个方法会有样品量少、提取比较困难、结构不均一等一些缺点。

大于一万个大气压的高压用于改变分子的堆叠方式比较有效，通过透射电子显微镜观察到，高压可以压缩分子间的距离，改变原子的成健的方式。在高压下几乎所有的不饱和有机小分子都可以发生聚合，因此高压成为开发新型聚合反应、自上而下合成新型碳基材料的有效途径，无需使用溶剂、诱发剂、催化剂，是绿色、经济的新合成方法。

在常压下，主要通过光激发或者热激发让二炔类分子进行1,4-聚合反应，晶体中的分子的堆积方式决定了反应活性，通过透射电子显微镜发现，1,4-二苯基丁二炔由于在常压下的分子间距过大，因此无法产生类似的反应。研究人员最一开始希望利用压力来压缩分子间的距离，用来诱导1,4-加成反应。但是，拉曼光谱和红外光谱的研究表明，1,4-二苯基丁二炔在高压的情况产生的反应并非传统的1,4-加成反应。

为了进一步研究反应的机理，研究人员研究了1,4-二苯基丁二炔在约十万个大气压情况下的晶体结构，因此确定了反应。

团队综合利用电子衍射等方法，分析发现反应产物的晶体结构是两种不同的氢含量的纳米石墨带。研究人员比较了十万大气压下的1,4-二苯基丁二分子晶体中的其他可能路径的反应距离，确定了聚合反应是由距离所主导的，这与由官能团活性选择所主导的溶液反应不同。

这项研究首次发现了分子晶体中的脱氧狄尔斯—阿尔德反应，提供了一种新的可控的‘自上而下’合成晶态纳米石墨带的方法。

科学指南针是杭州研趣信息技术有限公司推出的主品牌，专注科研服务，以分析测试为核心。团队核心成员全部来自美国密歇根大学，卡耐基梅隆大学，瑞典皇家工学院，浙江大学，上海交通大学，同济大学等海内外名校，为您对接测试的项目经理100%具有硕士以上学历。我们整合高校/社会闲置仪器设备资源，甄选优质仪器，为广大科研工作者提供方便、快速、更具性价比的分析测试服务。

免责声明：部分文章整合自网络，因内容庞杂无法联系到全部作者，如有侵权，请联系删除，我们会在第一时间予以答复，万分感谢。