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，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)域的一個重要挑戰(zhàn)。

本次研究團隊的結(jié)果實現(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。