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Nat Com:清华大学化学系王训课题组发表无机单壁纳米管通用的合成方法研究论文

摘要 : 10月29日,国际顶级学术期刊《Nature》旗下子刊《Nature Communications》在线发表清华大学化学系王训课题组题为《无机单壁纳米管的通用合成方法》(General synthesis of inorganic single-walled nanotubes)的研究论文

 10月29日,国际顶级学术期刊《Nature》旗下子刊《Nature Communications》在线发表清华大学化学系王训课题组题为《无机单壁纳米管的通用合成方法》(General synthesis of inorganic single-walled nanotubes)的研究论文,报道了无机单壁纳米管的通用合成体系及其生长原理和规律。研究发现当无机纳米材料的尺寸被限制在亚纳米尺度的时候,可以产生类似高分子的柔性,并因此能够演化成为单壁纳米管。这一成果不仅在相似的体系中合成了四种全新种类的单壁纳米管,并有望用于指导其它无机单壁纳米管的合成。该论文由化学系博士生倪兵、刘慧玲,毕业生王鹏鹏、何杰共同完成。

碳单壁纳米管早已经被广泛研究和应用,然而其它无机单壁纳米管的研究却没有较大进展,这主要是由于缺乏有效的合成方法。该文章利用水热的方法合成了硫化铟、氢氧化钴、磷酸镍以及磷钨酸纳米管,并通过对生长机理的研究发现前驱物反应先形成超细结构并自发卷曲成为螺旋结构,随后螺旋结构转变成为纳米管并作为纳米管的生长位点逐渐增长。这四种纳米管的合成相似之处体现在均使用了“良溶剂-不良溶剂”的混合溶剂体系,这种方法被王训课题组多次使用在超细纳米结构(sub-1nm)的合成中,被证明十分有效。正是由于超细结构可以赋予无机纳米材料类似高分子的柔性,才导致了前驱物在合适的相互作用力下能够反应形成螺旋结构,并引发纳米管的生长。通过对反应体系相互作用力强弱的调控,还可以得到双壁、多壁纳米管等其他结构。

王训课题组一直致力于超细结构及其组装等性能的研究(Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 5577-5594),他们以往的研究发现无机超细纳米线结构可以实现类似高分子的柔性(J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 11115-11124),在这个尺度上弱相互作用力有可能主导纳米线的组装行为,因而可能实现高度复杂的组装结构(J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 6834-6837)。单壁纳米管合成是课题组在超细纳米结构领域长期积累之后所取得的成果。

纳米管生长机理

原文链接:

General synthesis of inorganic single-walled nanotubes

原文摘要:

The single-walled nanotube (SWNT) is an interesting nanostructure for fundamental research and potential applications. However, very few inorganic SWNTs are available to date due to the lack of efficient fabrication methods. Here we synthesize four types of SWNT: sulfide; hydroxide; phosphate; and polyoxometalate. Each type of SWNT possesses essentially uniform diameters. Detailed studies illustrate that the formation of SWNTs is initiated by the self-coiling of the corresponding ultrathin nanostructure embryo/building blocks on the base of weak interactions between them, which is not limited to specific compounds or crystal structures. The interactions between building blocks can be modulated by varying the solvents used, thus multi-walled tubes can also be obtained. Our results reveal that the generalized synthesis of inorganic SWNTs can be achieved by the self-coiling of ultrathin building blocks under the proper weak interactions.

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