具有不同直径和侧壁结构的碳纳米管出现了

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​ 过去的60多年里，化学家们一直努力尝试合成碳纳米带。名古屋大学的一个小组报道了在科学领域中碳纳米管的首次有机合成。碳纳米材料有望成为构建碳纳米管的有用模板，开辟纳米碳科学新领域。

名古屋大学JST-ERATO伊万分子纳米碳工程研究所和生物分子转化研究所（ITbM）开发出直径为0.83纳米（nm）的新纳米带。自二十世纪五十年代以来，世界各地的科学家一直在努力合成碳纳米带，而且伊藤仁一郎教授的团队已经从事了12年的合成工作。

曾参与了7年半合成工作也是这项研究的领导人之一的濑川说：“没有人知道它的有机合成是否能成功，但是，我对这个美丽的分子的合成有了深思。”

碳纳米带是由6个碳原子构成的芳环稠合苯环构成的带状分子。碳纳米带是碳纳米管的一部分，由于其独特的物理特性，它们在电子和光子学中具有各种应用。

当前的合成方法只能生产出不均匀直径和侧壁结构的碳纳米管，这改变了它们的电和光学性质。这使得分离和纯化具有特定直径，长度和侧壁结构的单个碳纳米管非常困难。因此，能够精确控制结构均匀的碳纳米管的合成将有助于开发新型和高功能材料。

碳纳米带已被确定为是建立均匀结构的碳纳米管的一种方式。然而，由于其非常高的应变能，合成碳纳米带是极具挑战性的。这是因为苯在平面状态时是稳定的，但是当它们融合扭曲成环时会变得不稳定。

为了克服这个问题，JST-ERATO项目的博士后研究员Guillaume Povie，JST-ERATO项目的组长YasutomoSegawa和JST-ERATO项目主管和ITbM中心主任KenamiiroItami已成功地从易于获得的前体—对二甲苯（在1,4-（对 - 位）中具有两个甲基的苯分子）的11个步骤中首次成功合成了碳纳米带。

这一成功的关键是其基于来自大环化合物前体中的带形形成具有相对低的环张力的合成策略。在他们的策略中，该团队在10个步骤中用对二甲苯制备了大环前体，并通过偶联反应形成了带状芳族化合物。 镍对于调节耦合过程至关重要。

“这项研究最困难的部分是这个键偶联反应的大环化合物的前体，”Povie说。“每天的反应都不顺利，我花了三到四个月的时间测试在不同条件下的反应。我一直相信有志者事竟成。”

      2015年，伊丹在其ERATO项目中推出了一项新举措，特别关注碳纳米管的合成。 在所谓的“腰带节”中，提出了碳纳米管的各种新的合成路线，10多名研究人员参与了该项目。 2016年9月28日，该节开始后的整整一年，碳纳米管结构终于在伊藤集团成员面前被X光晶体学所揭示。 在X射线分析期间，每个人都盯着屏幕呼吸，当碳纳米管的圆柱形状图像出现在屏幕上时，大家都欢呼雀跃。伊丹，Segawa和Povie用击掌来表达他们的欢乐。

“这是我一生中最激动人心的时刻之一，我永远不会忘记它，”伊丹说。 “因为这是长达十年的研究结果，我非常感谢所有团队成员支持和鼓励，感谢所有成员的专业技能，坚韧，信念和坚强意志，我们取得了成功。”

合成碳纳米带是一种红色固体，表现出深红色荧光。 通过X射线晶体学分析显示，碳纳米管具有与碳纳米管相同的圆柱形形状。研究人员还通过紫外 - 可见吸收荧光和拉曼光谱研究以及理论计算来测量其光吸收和发射，电导率和结构刚度。

      Povie说：“实际上，合成部分去年8月份就已完成，但是无法确定碳纳米管的X射线结构，当我看到X射线结构时，我真的很高兴。”

碳纳米管将在未来投放到市场上。 Segawa和Itami说：“我们期待与来自世界各地的研究人员一起发现碳纳米管带的新特性和功能。