自從1991年被發現以來,碳納米管這種一維形式同素異形體開啟了碳材料的新紀元,其性質及應用依賴于其結構參數。雖然碳納米管通過可控合成可以實現直徑的精確可調,但是其軸向長度的控制卻非常困難。然而碳納米管的長度將顯著影響其宏觀性能。例如超長碳納米管能夠在宏觀尺度上體現其獨特的材料性能,超短碳納米管則提供了高密度的活性位點,使其在生物藥物、催化和能源存儲方面有著極其廣泛的用途。例如超短的碳納米管作為鋰離子電池負極材料時,相比傳統的微米級長度的碳納米管,超短碳納米管將縮短鋰離子的傳導通道,并通過豐富的邊緣位點提供更多的鋰離子存儲位點。當超短碳納米管的長徑比小于1時,其也可稱為碳納米環或者環繞石墨烯帶,這是傳統的將長碳納米管截短的方法所不能實現的。
最近,北京化工大學的段雪院士領導的團隊在超短碳納米管的研究上取得了重大進展。他們基于長期以來對插層材料的堅實研究和深刻認識,利用層狀雙羥基金屬氫氧化物(LDH)的層間空間限域作用,合成了十二烷基磺酸陰離子(DSO)插層的Co-Al LDH。而后以LDH層間的甲基丙烯酸甲酯(MMA)為碳源,通過還原得到的活性金屬Co的催化作用,合成生長了長度小于1 nm(分子尺度),外徑和壁厚分別約為20 nm和3.5 nm的碳納米環。這種碳納米環具有超短的軸向維度以及其開放端口帶來的豐富石墨層邊緣位點,應用于鋰離子電池負極材料,獲得了高達1237 mAh g-1的可逆容量,遠高于目前商用的球形石墨、中間相炭微球等。同時在逐步提高電流密度的快速充放電過程中,該材料仍然具備很高的可逆容量。相關研究發表在最近的Advanced Materials上。
碳納米環這種超短碳納米管的成功合成,與LDH這種插層材料有著極大的關聯。LDH是一類具有水鎂石層狀結構的陰離子粘土材料,其中的某些二價陽離子被三價陽離子取代而使得LDH片層帶正電荷,這些多余的正電荷由插層的陰離子進行補償,通過插層的陰離子及層間的相互作用,獲得LDH單片層間的受限空間。利用LDH進行空間限域,進而催化生長碳納米環為超短碳納米管的研究提供了新思路。可以想象的是,通過調變LDH中插層陰離子的種類以及層間碳源的量,可以獲得一系列有著不同長度和壁數的碳納米環,將在能源存儲、生物探針、催化以及納電子學、納光子學取得更加廣泛而重要的作用。
目前人類空間運輸主要依靠火箭。雖然相關技術已足夠成熟,但其回收和燃料成本仍然太高。如果使用太空電梯,運輸費用會降至每公斤幾百美元。另外,如果太空電梯計劃能夠實現,人類太空旅行的成本也將降低,其中蘊含的......
建立碳納米管電學輸運性能與其手性結構的依存關系,對于設計和構建高性能碳基器件具有重要意義。十多年前,科研人員嘗試基于單根碳納米管構建晶體管,探測其電學輸運性能與結構的關系。由于單根碳納米管電學信號弱,......
隨著科學技術的迅猛發展,電磁輻射污染問題越來越受到重視和關注。電磁屏蔽技術在電磁輻射污染控制方面發揮重要作用,開發具有優異電磁屏蔽性能的電磁屏蔽材料是實現有效電磁屏蔽的關鍵。目前,傳統電磁屏蔽材料在低......
新一代航天器對宇航芯片的性能和抗輻射能力提出了更高要求。碳納米管器件的柵控效率高、驅動能力強,是后摩爾時代最具發展潛力的半導體技術之一,并具有較強的空間應用前景。中國科學院微電子研究所抗輻照器件技術重......
記者日前從華南理工大學獲悉,該校前沿軟物質學院林志偉教授與美國國家標準與技術研究院(NIST)研究員MingZheng,利用DNA首次實現了單壁碳納米管(SWCNTs)的可控有序修飾。相關研究發表于S......
近日,西南交通大學材料科學與工程學院王勇教授與德國德累斯頓萊布尼茨高分子研究所PetraP?tschke博士合作在高分子學科頂級期刊《ProgressinPolymerScience》上發表了題為“S......
圖1非厄米拓撲聲子晶體構建和相位控制在國家自然科學基金項目(批準號:11922407、12074183)等資助下,南京大學聲學研究所劉曉峻教授和程營教授課題組與西班牙約翰·克里斯滕森教授課題組合作,首......
據韓國科學技術院網站報道,該大學金相旭教授研究組在碳納米管化學生長過程中,發現了鐵(Fe)原子生成類似于我們血液中的血紅蛋白結構的單原子混合結構,從而提出單一原子催化劑的概念,這是一項重要的基礎研究成......
單一手性碳納米管的規模化制備是揭示碳納米管新奇物理特性,發展其應用的前提和基礎,被認為是碳納米管研究領域的“圣杯”。然而,如何精確識別和篩選原子尺度結構上具有微小差異的不同手性碳納米管,實現單一手性碳......
電荷耦合器件(CCD)與電荷存儲器件(Memory)作為現代電子系統中兩個獨立分支分別沿著各自的路徑發展,同時具備光電傳感和存儲功能的碳基原型器件尚未見報道。近日,中國科學院金屬研究所(以下簡稱金屬所......