碳纳米管戴上“分子皇冠” 光电效应显著增加

记者从中国科学技术大学获悉，该校杜平武教授课题组首次构建了不同共轭延伸的类似皇冠状的弯曲碳纳米管片段，并利用富勒烯作为客体分子组装成超分子异质结，发现了其显著的光电效应。国际重要化学期刊《德国应用化学》日前在线发表了该项成果。
碳纳米管由于其突出的机械、电学以及光学性质受到了广泛关注。碳纳米管诸多重要性质主要由其管壁结构所决定，在制备过程中保证碳纳米管结构的均一性显得尤为重要。现有方法所制备的碳纳米管通常是碳纳米管的混合物，因此选择性合成结构单一的碳纳米管或者碳纳米管片段，成为了纳米碳材料和合成化学领域面临的一个重大挑战。基于合成化学的自下而上合成策略，通过从环对苯撑碳纳米环逐渐增长成碳纳米管，在控制碳纳米管纯度方面具有重要意义。
科研人员将共轭程度逐渐增大的纳米石墨烯作为“分子皇冠”侧壁嵌入到弯曲共轭的碳纳米环中，成功合成了不同共轭延伸的扶手椅型碳纳米管片段。
该工作首先通过稳态光谱和电化学方法，系统研究了共轭程度对碳纳米管片段性质的影响。通过研究“分子皇冠”与富勒烯C60之间的超分子作用，发现随着侧壁共轭依次增大，皇冠分子与C60的结合常数依次增大。并且首次发现，将其与富勒烯构建超分子异质结薄膜作为光导层，在光照条件下能够产生强烈的光电流，与参比物相比较，其最大光电流可显著增加。
这项研究为分子碳纳米管的合成及性质研究提供了借鉴，对碳纳米管与富勒烯超分子异质结在光电器件方面的应用提供了实验基础。