納米石墨的新合成方法

納米石墨的新合成方法

石墨烯 電子衍射 拉曼光譜 紅外光譜

北京高壓科學(xué)研究中心李闊、鄭海燕團(tuán)隊與北京大學(xué)鞠晶團(tuán)隊合作利用電子衍射、拉曼光譜和紅外光譜發(fā)現(xiàn)，1,4-二苯基丁二炔分子晶體在高壓下可發(fā)生脫氫狄爾斯—阿爾德反應(yīng)，生成了晶體態(tài)的納米石墨帶。這項研究為可控合成納米石墨帶提供了新方法。相關(guān)的研究成果已發(fā)表在《美國化學(xué)會志》。

石墨烯是一種零帶隙材料，這對于它應(yīng)用于半導(dǎo)體器件上產(chǎn)生了很大的限制。將二維的石墨烯轉(zhuǎn)變成準(zhǔn)一維的納米石墨烯帶是打開石墨烯帶隙的一種有效方法，通過控制其骨架結(jié)構(gòu)、寬度、邊緣結(jié)構(gòu)和原子摻雜來實現(xiàn)控制，從而可以在下一代的電子學(xué)器件上發(fā)現(xiàn)出巨大的應(yīng)用作用。當(dāng)前，主要使用“自上而下”的策略來實現(xiàn)納米帶的可控精準(zhǔn)合成，即由通過溶液反應(yīng)或者表面反應(yīng)合成小分子，但是這個方法會有樣品量少、提取比較困難、結(jié)構(gòu)不均一等一些缺點。

大于一萬個大氣壓的高壓用于改變分子的堆疊方式比較有效，通過透射電子顯微鏡觀察到，高壓可以壓縮分子間的距離，改變原子的成健的方式。在高壓下幾乎所有的不飽和有機(jī)小分子都可以發(fā)生聚合，因此高壓成為開發(fā)新型聚合反應(yīng)、自上而下合成新型碳基材料的有效途徑，無需使用溶劑、誘發(fā)劑、催化劑，是綠色、經(jīng)濟(jì)的新合成方法。

在常壓下，主要通過光激發(fā)或者熱激發(fā)讓二炔類分子進(jìn)行1,4-聚合反應(yīng)，晶體中的分子的堆積方式?jīng)Q定了反應(yīng)活性，通過透射電子顯微鏡發(fā)現(xiàn)，1,4-二苯基丁二炔由于在常壓下的分子間距過大，因此無法產(chǎn)生類似的反應(yīng)。研究人員最一開始希望利用壓力來壓縮分子間的距離，用來誘導(dǎo)1,4-加成反應(yīng)。但是，拉曼光譜和紅外光譜的研究表明，1,4-二苯基丁二炔在高壓的情況產(chǎn)生的反應(yīng)并非傳統(tǒng)的1,4-加成反應(yīng)。

為了進(jìn)一步研究反應(yīng)的機(jī)理，研究人員研究了1,4-二苯基丁二炔在約十萬個大氣壓情況下的晶體結(jié)構(gòu)，因此確定了反應(yīng)。

團(tuán)隊綜合利用電子衍射等方法，分析發(fā)現(xiàn)反應(yīng)產(chǎn)物的晶體結(jié)構(gòu)是兩種不同的氫含量的納米石墨帶。研究人員比較了十萬大氣壓下的1,4-二苯基丁二分子晶體中的其他可能路徑的反應(yīng)距離，確定了聚合反應(yīng)是由距離所主導(dǎo)的，這與由官能團(tuán)活性選擇所主導(dǎo)的溶液反應(yīng)不同。

這項研究首次發(fā)現(xiàn)了分子晶體中的脫氧狄爾斯—阿爾德反應(yīng)，提供了一種新的可控的‘自上而下’合成晶態(tài)納米石墨帶的方法。

鑠思百檢測可提供電子衍射測試，拉曼光譜測試，紅外光譜分析等測試。