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08欢乐国际官网,08欢乐国际官网app下载构建结构均匀的纳米碳对于纳米技术、电子、光学和生物医学应用中功能材料的开发至关重要。根据最近发表在《自然合成》杂志上的一篇论文,日本名古屋大学的一个研究小组合成了一种具有扭曲莫比乌斯带拓扑结构的带状分子纳米碳,即莫比乌斯碳纳米带。

08欢乐国际官网,08欢乐国际官网app下载分子纳米碳科学是一种使用合成有机化学制造纳米碳的自下而上的方法。然而,迄今为止合成的分子纳米碳仅具有简单的结构,例如环状、碗状或带状。为了实现未知的和理论上预测的纳米碳,有必要开发新的方法来合成具有更复杂结构的分子纳米碳。

08欢乐国际官网,08欢乐国际官网app下载2017 年,名古屋大学的一个研究小组 60 年来首次化学合成了碳纳米带,这是一种超短碳纳米管。从那时起,莫比乌斯碳纳米带就成为了科学界梦寐以求的目标。

08欢乐国际官网,08欢乐国际官网app下载“这种扭曲的莫比乌斯碳纳米带应该表现出与正常带状拓扑结构完全不同的特性和分子运动。然而,创造这种扭曲的结构说起来容易做起来难。”研究组组长伊丹健一郎表示,从以往的碳纳米带合成来看,应变能是合成过程中的最大障碍。此外,带状结构内的额外扭曲使最终目标分子的应变能更高。

通过对莫比乌斯碳纳米带带状和扭曲分子结构产生的巨大应变进行理论分析,研究团队确定了合理的合成路线,最终通过14个化学反应步骤合成了莫比乌斯碳纳米带,其中包括新开发的功能化反应, Z 选择性 Wittig 反应序列和应变诱导的镍介导的同源偶联反应。光谱分析和分子动力学模拟表明,在溶液中,莫比乌斯带的扭曲部分在溶液中的莫比乌斯碳纳米带分子周围快速移动。使用手性分离和圆二色光谱,实验证实了莫比乌斯结构的拓扑手性。

研究人员说,新形式的碳和纳米碳继续为新技术打开大门,并导致发现通常不可预测的非凡特性、功能和应用。这项工作为开发具有复杂拓扑结构的纳米碳材料和使用莫比乌斯拓扑的创新材料科学的诞生铺平了道路。

作者:张家新 来源:科技日报

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