莱斯大学 莱斯大学的研究人员已经确定，奇怪的双面“骏利”边缘比以前认为的在刚性催化剂上生长的碳纳米管更常见
左边的传统纳米管具有形成圆形的小平面，允许纳米管从催化剂上直接生长
但是他们发现右边的纳米管有一个倾斜的骏利边缘，分离出锯齿形和扶手椅形的部分，当通过化学气相沉积法生长碳纳米管时，它在能量上更受欢迎
学分:叶夫根尼·佩涅夫/莱斯大学 什么时候圆没有锯齿状的环稳定？显然当你谈论碳纳米管的时候
莱斯大学的理论研究人员发现，从固体催化剂上生长出来的纳米管，其“之字形”和“扶手椅形”面的分离部分在能量上比圆形排列要稳定得多
他们报告说，在适当的情况下，生长中的纳米管与其催化剂之间的界面可以通过双面“骏利”构型达到其已知的最低能量状态，该构型具有与六把扶手椅相对的半圆形之字形
这些术语指的是纳米管边缘的形状:之字形纳米管的末端看起来像锯齿，而扶手椅则像一排带扶手的座位
它们是被称为石墨烯(以及其他二维材料)的二维碳原子蜂窝的基本边缘结构，决定了许多材料的性质，尤其是导电性
布朗工程学院的材料理论家鲍里斯·雅科布森团队，研究员兼主要作者克塞尼亚·贝茨和助理研究教授叶夫根尼·佩内夫在美国化学学会杂志《纳米》上报道了他们的结果
该理论是该团队去年发现的延续，即Janus界面很可能在钨和钴的催化剂上形成，导致一种叫做(12，6)的单一手性，其他实验室在2014年报告了这种手性的增长
赖斯团队现在表明，这种结构不是特定催化剂独有的，而是许多刚性催化剂的普遍特征
这是因为附着在纳米管边缘的原子总是寻找它们的最低能态，并且碰巧在它们命名为AZ的骏利构型中找到了它
“人们在研究中假设边缘的几何形状是一个圆，”佩内夫说
“这很直观——通常认为最短的边是最好的
但是我们发现，对于手性管来说，稍微拉长的骏利边缘使它能更好地与固体催化剂接触
该边缘的能量可能相当低
" 在圆形结构中，平坦的扶手椅底部搁置在基底上，在催化剂和纳米管之间提供最大数量的接触，纳米管笔直向上生长
(骏利的边缘迫使它们以一个角度生长
) 碳纳米管——长长的卷起的石墨烯管——用电子显微镜很难看到
在化学气相沉积炉中，当纳米管从底部向上生长时，还没有办法观察到它的底部
但是在催化剂和界面上的纳米管之间传递的原子能级能量的理论计算可以告诉研究人员很多关于它们是如何生长的
这是莱斯实验室十多年来一直在探索的一条道路，这条道路揭示了纳米管生长中的微小调整如何改变动力学，以及最终纳米管如何应用于应用
“一般来说，在纳米管边缘插入新原子需要破坏纳米管和基底之间的界面，”贝茨说
“如果接口太紧，会耗费太多能量
这就是为什么雅科布森教授在2009年提出的螺旋位错生长理论能够将生长速率与扭结的存在联系起来，扭结是纳米管边缘上破坏碳纳米管-衬底紧密接触的位点
贝茨说:“奇怪的是，尽管骏利的边缘结构允许与基底非常紧密的接触，但它仍然保留了一个纽结，这将允许连续的纳米桶生长，正如我们去年对钴钨催化剂所证明的那样。”
贝茨进行了广泛的计算机模拟，以模拟纳米管在三种刚性催化剂上的生长，显示出骏利生长的证据，而另一种“流体”催化剂碳化钨则没有
“催化剂的表面非常易移动，所以原子可以移动很多，”佩内夫说
“就这一点而言，我们没有观察到明显的隔离
" 雅科布森将雅努斯纳米管比作伍尔夫形状的晶体
“有点令人惊讶的是，我们的分析表明，一个重构的，多面的边缘是非常有利于手性管的，”他说
“假设最低能量边必须是最小长度的圆，就像假设晶体形状必须是最小表面的球体，但是我们知道三维形状有小平面，二维形状是多边形，如伍尔夫结构所概括的那样
“石墨烯必然有几个‘面’，但纳米管圆柱体只有一个边缘，这使得能量分析不同，”他说
“这提出了关于纳米管边缘相关结构的基本上有趣和实际上重要的问题
" 赖斯的研究人员希望他们的发现将推动他们朝着这些答案前进
雅科布森说:“这一发现的直接影响是我们对增长机制的理解发生了范式转变。”
“这对于如何实际设计高效生长的催化剂，尤其是用于电子和光学用途的受控纳米管对称型催化剂，可能变得很重要
"
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