Изследователски екип от Tianjin Normal University разработи нов подход към прецизния химичен синтез на въглеродни нанотръби, който може да проправи пътя за тяхното персонализиране при поискване.
Известни със своите изключителни механични, електрически и оптични свойства, въглеродните нанотръби се считат за основен компонент на технологиите от следващо поколение, с потенциални приложения, вариращи от хуманоидни роботи и целева доставка на лекарства до сгъваеми прозрачни дисплеи. Но по-широкото им използване отдавна е ограничено от конвенционалните производствени методи, които се борят да контролират прецизно диаметъра, дължината и структурата на нанотръбите, което води до непоследователна производителност.
За да преодолее това предизвикателство, екип, ръководен от професор Ли Чунджу от колежа по химия на университета, работещ с местни и международни партньори, разработи нова молекулярна производствена стратегия, базирана на циклопарафенилени (CPPs) – пръстеновидни молекули, които служат като градивни елементи за въглеродни нанотръби.
„Ако въглеродната нанотръба е влак, CPP е стандартен вагон на този влак“, каза Ли. „Като го използваме като шаблон за разширен растеж, можем теоретично да произвеждаме въглеродни нанотръби с прецизни структури и еднакво представяне.“
Въпреки това, синтезът на CPPs не е лесен подвиг. Поради високото напрежение на пръстена в тяхната циклична структура, традиционните методи се равняват на директно изплитане на изключително опъната микромащабна въжена примка с висока точност. Процесите на приготвяне често са тромави и разчитат на скъпи метални катализатори.
За да се справи с този проблем, изследователският екип се отказа от мисленето за директно изплитане на опънат пръстен. Вместо това те първо конструираха макроциклична молекула със сравнително спокойна структура, след което я стегнаха чрез ефективна вътрешномолекулна реакция, преди в крайна сметка да я свият в целевия нанорпръстен.
„Това е много по-лесно и по-гъвкаво, отколкото да се направи директно опъната наноризираща молекула“, каза Ли.
Процесът е високоефективен и притежава силен потенциал за персонализиране при поискване. Когато конструират релаксирания макроцикъл в първата стъпка, изследователите могат гъвкаво да заменят различни молекулни единици и по този начин да произвеждат нанопръстени с различни размери и свойства.
Въз основа на тази проста и широко приложима синтетична стратегия, изследователският екип успешно конструира 20 структурно разнообразни производни на CPP, позволявайки прецизен контрол върху ключови физични свойства като абсорбция на светлина и флуоресцентно излъчване.
„Това изследване предоставя нов инструмент за контролиран синтез на сложни напрегнати въглеродни архитектури, което означава, че в крайна сметка можем да персонализираме въглеродните нанотръби точно като шиене на облекла“, каза Ли.
Уанг Сяодзин допринесе за тази история.
[email protected]
Нашия източник е Българо-Китайска Търговско-промишлена палaта