Nature刊發(fā)化學學院李彥教授課題組碳納米管結(jié)構(gòu)可控生長研究的新發(fā)現(xiàn)

時間：2014-06-26 09:14  作者：  來源：化學與分子工程學院

　　北大化學與分子工程學院李彥教授課題組在單壁碳納米管手性可控生長研究上取得重要突破，該項成果于2014年6月26日在《自然》雜志上發(fā)表（Nature, DOI 10.1038/nature13434）。

　　據(jù)預(yù)測，基于硅基CMOS集成電路的微電子技術(shù)在未來十年左右將趨近于發(fā)展的極限，發(fā)展后摩爾時代的納電子技術(shù)已迫在眉睫。2009年，國際半導體路線圖委員會推薦基于碳納米管和石墨烯的碳基電子學技術(shù)作為未來10-15年可能顯現(xiàn)商業(yè)價值的新一代電子技術(shù)。材料是碳基電子學發(fā)展的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，然而迄今人們?nèi)詻]有辦法實現(xiàn)碳納米管的結(jié)構(gòu)可控生長，這已經(jīng)成為制約碳基電子學發(fā)展的瓶頸問題。

　　單壁碳納米管可看作是由石墨烯沿一定方向卷曲而成的空心圓柱體，根據(jù)卷曲方式(通常稱為“手性”)的不同，可以是金屬性導體或帶隙不同的半導體。這是碳納米管的一個獨特而優(yōu)異的性質(zhì)，但同時也是碳納米管制備上的巨大挑戰(zhàn)。用一般方法合成的樣品均為不同結(jié)構(gòu)的碳納米管組成的混合物，而單一手性單壁碳納米管的選擇性生長成為一個難題，經(jīng)過國內(nèi)外科學家二十余年的努力仍未找到有效的解決方案。?

　　李彥教授課題組經(jīng)過十二年的潛心研究，逐步深化了對碳納米管的生長機制和催化劑作用的認識，在此基礎(chǔ)上提出了一種實現(xiàn)單壁碳納米管結(jié)構(gòu)/手性可控生長的方案。他們發(fā)展了一類鎢基合金催化劑，其高熔點的特性確保了單壁碳納米管在高溫環(huán)境下的生長過程中保持晶態(tài)結(jié)構(gòu)，其獨特的原子排布方式可用來調(diào)控生長的碳納米管的結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)了單壁碳納米管的結(jié)構(gòu)/手性可控生長。他們利用這種方法生長出了含量高于92%的（12, 6）型碳納米管。通過調(diào)控催化劑的結(jié)構(gòu)，他們還實現(xiàn)了（16,0）和（14,4）碳納米管的選擇性生長。更多的實驗結(jié)果表明該方法具有普適性。

圖1 以鎢基合金納米晶為催化劑生長單一手性的單壁碳納米管

圖2 利用吸收光譜（a）和拉曼光譜（b）測得的（12, 6）型管的含量

　　該研究為解決單壁碳納米管的結(jié)構(gòu)可控生長這一困擾學界已久的難題提供了一種可能的方案，為碳納米管的應(yīng)用，尤其是碳基電子學的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

　　以上研究工作在國家自然科學基金委員會杰出青年基金和科技部重大研究計劃納米專項課題資助下完成，并得到了香港理工大學、中科院物理所、上海同步輻射光源等單位的協(xié)助。?

　　編輯：安寧