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日本科学家首次验证光诱导构建高机械强度的纳米管技术
2016-08-31
    [据名古屋大学2016年8月30日报道] 有机纳米管(ONT)是一种由有机分子构成的筒状纳米结构,具有独特特性且应用广泛,例如:导电材料和有机太阳能光电板。来自名古屋大学的科学家团队已开发出一种简单有效的方法,可用简单分子合成稳定的共价有机纳米管。该方法预期可用于生产一系列基于纳米管的材料,并拥有所期望的特性。

    有机纳米管是由具有筒状纳米结构的有机分子构成。纳米结构是指直径在1nm至100nm之间的结构,有机纳米管具有纳米级空孔。有机纳米管可广泛用于多个领域,包括分子识别材料、生物体膜的离子通道传感器、导电性材料和有机太阳能光电板。大多数有机纳米管由自组装工艺构造,该工艺基于弱非共价相互作用,如氢键结合、疏水作用以及芳香环的π-π堆积。也正是由于这些相对弱的相互作用,多数非共价有机纳米管有结构不稳定的弱点。

    共价有机纳米管的管框架则由共价键交联(通过在原子之间共享电子进行结合),共价有机纳米管可通过非共价有机纳米管合成。共价有机纳米管与非共价有机纳米管比较,其拥有较高的稳定性和机械强度,但是,目前尚未建立形成有机纳米管的通用合成策略。名古屋大学生物分子转化研究所的研究人员已成功开发了一种简单有效的共价有机纳米管合成方法,称之为“螺旋聚合物制管”(helix-to-tube),可以得到稳定的有机纳米管。其原理是用光照射易于得到的螺旋聚合物。主要包含以下步骤:1)小分子(单体)聚合作用形成螺旋高分子聚合物,(2)在整个螺旋聚合物中,用光诱导产生纵向交联形成共价有机纳米管。

    根据该模式,团队设计并合成了基于丁二炔的螺旋高分子聚合物(乙炔是含有碳碳三键的分子)和聚酯物(间亚苯基亚乙炔基)(poly-PDEs),其手性酰胺侧链可通过氢键之间的相互作用被诱导产生螺旋折叠。

    “helix-to-tube”方法预期可通过略微改变单体中的芳烃(芳族环)而生成一系列基于ONT的材料。

    研究人员称其花费了一年的时间才合成共价有机纳米管,又用了一年半的时间确定了纳米管的结构。

    研究人员称,该研究的最重要部分是首次发现了光化学交联作用发生在螺旋聚合物中。另外,众所周知,光化学交联通常发生在固相中,但是,研究人员证明该反应也能发生在液相中。因为,该反应以前从未发生过,所以,刚开始时研究人员还持怀疑态度。但最终还是确认这是世界上首次成功完成了该反应。

    “helix-to-tube”方法在促进分子水平设计的同时,实现了多种共价ONT与固定直径和管长的合成并具备理想的功能。研究人员坚信“helix-to-tube”方法经过不断改善,将促进多种基于ONT的材料开发,其中也包括导电材料和冷光材料”。(中国船舶工业综合技术经济研究院 程大树)

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