由国家自然科学研究所 三种碳纳米带的结构
信用:NINS/国际监测系统 目前制造碳纳米管的方法——本质上是卷起石墨烯片——无法完全控制其直径、长度和类型
最近，三种不同类型的纳米管中的两种已经解决了这个问题，但是第三种被称为“之字形”纳米管的纳米管仍然遥不可及
日本国家自然科学研究所(NINS)的研究人员现在已经找到了如何合成这种锯齿形变种
他们的方法发表在1月25日出版的《自然化学》杂志上
由于碳与其他原子结合形成分子的独特能力，当它与自身结合时，它可以以许多不同的结构方式(如钻石和石墨)结合，具有不同的性质
最近几十年，石墨烯——一层一个原子厚的碳，由六边形蜂窝状网格形成——等形状已经产生
另一种不同的形式，或称“同素异形体”，是一种被称为纳米管的石墨烯空心圆柱体
当纳米管中的六边形碳聚集在这个蜂窝状网格中时，它们形成扶手椅型、之字形或手性构型
“之字形”这个名称是指碳原子之间每个分子键的“路径”首先向左60度，然后向右60度，再向左60度，然后再向右60度的构型:之字形
“扶手椅”这个名字描述的是一条在重复之前先向左移动两次，然后向右移动两次的路径
这条小路看起来有点像扶手椅，因此得名
第三种类型，手性，位于这两种形式之间，还有它的镜像
用x光结晶学研究锯齿形碳纳米带的分子结构
信用:NINS/国际监测系统 如果人们能够拿起一把刀，逆着纵轴水平切开这些管子两次，就可以制造出由12个碳六边形环组成的纳米管“带”
这种带被称为“纳米带”
生产这些纳米带的努力一直是许多学术研究的主题
这是因为传统纳米管制造的局限性，这种制造方式被称为“自上而下”的形式
自上而下的制造包括将大量碳粉碎成粉末，之后纳米管随机形成三种构型中的一种或多种
“这里的问题是你不能控制形成哪种构型，或者直径，甚至长度，”NINS分子科学研究所的Yasutomo Segawa说，他也是这篇论文的作者
“但如果你能从纳米带的‘种子’开始，自下而上地构建纳米管，那么你就能控制所有这三个方面
" 之前在2019年的研究已经能够生产扶手椅型和手征纳米带，但不是第三种——之字形
分子科学研究所设备开发中心的3D打印机制作的之字形碳纳米带模型(放大5000万倍)
信用:NINS/国际监测系统 现在，研究人员第一次能够形成之字形纳米带
纳米带合成策略的关键是氧原子桥接六边形环(添加氧杂降冰片二烯单元)
然后，他们能够使用x光结晶学来证实这种结构，这种结构是通过理论计算预测的，确实是在现实世界中形成的
随着第三次纳米带合成，所有三种类型的纳米管——扶手椅型、手性型和之字形——原则上现在都是可用的
这是自下而上合成定制碳纳米管的一大进步
下一步是将这一概念证明进行到实际的结构选择性自下而上合成碳纳米管，通过使用碳纳米管的纳米带作为种子来合成碳纳米管
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