找回密码
 立即注册

QQ登录

只需一步,快速开始

查看: 1428|回复: 0

[材料资讯] 谢素原课题组:碳纳米锥子合成进展发表在Science Advances

[复制链接]

9

主题

20

帖子

26

积分

新手上路

Rank: 1

积分
26
发表于 2019-9-4 09:05:48 | 显示全部楼层 |阅读模式

化学化工学院功能团簇材料创新研究群体谢素原课题组在碳纳米锥子的合成方面取得重要进展,相关研究成果以“Rational synthesis of an atomically precise carboncone under mild conditions”为题于2019年8月23日在线发表于Science Advances (Sci. Adv. 2019, 5, eaaw0982)。

关于碳的存在形态,除了大家熟知的石墨和金刚石外,上个世纪的最后十五年先后发现了球型的富勒烯和管型的碳纳米管,进入本世纪后又发现了面型的石墨烯,足以说明碳结构的缤纷多彩和无穷魅力。在已知的碳的存在形态中,还有一种锥型的碳结构,早在50年前人们在热解碳时发现了这类结构,此前也常被人们称为碳纳米锥,虽然这类碳纳米锥有望作为扫描隧道显微镜的探针、场发射头等替代材料,但始终未能找到合适方法精准地合成它们。因此,这类锥型碳材料尚未得到人们足够重视和开发。

功能团簇材料

功能团簇材料

功能团簇材料创新研究群体的谢素原、张前炎课题组与美国波士顿学院的Lawrence Scott教授合作,首次通过有机合成途径,在温和的条件下合成得到了首例结构明确的碳锥单元(碳锥子)C70H20及其可溶衍生物。其合成路径相对简单,以商业可得的碗烯分子(Corannulene)作为起始原料,经过3步经典的有机反应便可实现该碳锥子的精准合成。值得一提的是,在最关键的十个关环步骤即将碗状分子前体转化成锥状分子的反应过程中,需要克服相当大的张力,原本类似的关环反应都需剧烈的反应条件,然而,在他们报道的反应中每两步关环都能得到一次芳构化的能量降低,使得他们的关环反应可以在零度或室温这样温和的条件下完成的。理论计算化学帮助他们理解了最后的关环反应是通过芳构化来克服43.5 kcal/mol的张力的。从结构上分析,碳锥的锥角将随锥顶所含有的五元环数量(1-5个)的不同而改变,可以产生五种特征锥角(分别是19o,39o,60o,84o和113o)。在他们合成的碳锥子结构中,仅有1个五元环在锥顶,而在锥顶和锥缘之间(围绕着中心五元环)有2圈由六元环组成的完整的稠圈层,谢素原等将这一碳锥子命名为carboncone[1,2]。通过这一典型的碳锥子(carboncone[1,2]),有望借助气相沉积等技术不断增加稠圈层数(m)来制备具有确定锥角的系列单壁纳米碳锥(carboncone[1,m>2])。

过去,富勒烯、碳纳米管和石墨烯等新型碳材料的合成主要采取物理-化学相结合的电弧、热解或燃烧等方法,而国际化学界对各类新型碳结构的有机合成始终保持着浓厚的兴趣。此前,人们已能通过经典的有机手段成功合成C60、碳纳米管端帽和石墨烯片段,但碳锥子的有机合成尚具挑战。值得一提的是,同月德国的Frank Würthner等人在《美国化学会志》在线发表了另一个碳锥子衍生物的合成,其核心结构与功能团簇材料创新研究群体的C70H20完全一致。在短时间内两项关于碳锥子合成的原创性工作的发表,从一个侧面也说明了国际同行在碳锥合成领域的激烈竞争和高昂热情。相信随着研究的深入,不久的将来人类有望合成出其它四种不同锥角的碳锥子(carboncone[n=2-5,m]),完整地研究探索和开发利用这类锥型结构的碳材料。

化学化工学院2015级硕士生朱正钟(主要负责合成)和2017级博士生陈佐长(主要负责理论计算)为该论文的共同第一作者。研究工作得到国家自然科学基金(21771152等)、科技部重大科学研究计划项目(2015CB932301)和福建省高校产学合作项目、中央高校基本科研业务费、美国国家科学基金等的资助。

论文链接:https://advances.sciencemag.org/content/5/8/eaaw0982     

谢素原教授,厦门大学博士生导师,目前担任Science Bulletin (原《科学通报》)副主编,中国材料研究学会纳米材料与器件分会理事,厦门大学学报(自然科学版)主编,厦门大学固体表面物理化学国家重点实验室副主任等。1999年于厦门大学获博士学位。2001年获得中国化学会青年化学奖,2005年获得国家杰出青年基金资助,2006年获得国家自然科学二等奖(第二完成人),2007年入选百千万人才工程国家级人选,2009年受聘为教育部“长江学者”特聘教授,2012年获得中国化学会“阿克苏诺贝尔化学奖”,2013年获得高等学校科学研究优秀成果奖自然科学奖一等奖,2014年荣获第五届中国侨界(创新成果)贡献奖,2015年再获国家自然科学奖二等奖(第一完成人),2016年获得全国优秀科技工作者和百千万领军人才称号。已在Science、Nature Materials、Nature Chemistry、Nature Communications、Angew. Chem. Int. Ed.、J. Am. Chem. Soc.等国际期刊发表一百多篇学术论文。

张前炎,厦门大学教授。2003年毕业于江西师范大学,2010年中国科学院化学研究所获得博士学位。之后在波士顿大学进行博士后研究工作。研究兴趣:富勒烯有机修饰,碳纳米管及类石墨烯片段的有机合成。


  声明:本网部分文章和图片来源于网络,发布的文章仅用于材料专业知识和市场资讯的交流与分享,不用于任何商业目的。任何个人或组织若对文章版权或其内容的真实性、准确性存有疑义,请第一时间联系我们,我们将及时进行处理。

本帖被以下淘专辑推荐:

回复

使用道具 举报

小黑屋|手机版|Archiver|版权声明|一起进步网 ( 京ICP备14007691号-1

GMT+8, 2024-3-29 20:35 , Processed in 0.207442 second(s), 42 queries .

Powered by Discuz! X3.2

© 2001-2013 Comsenz Inc.

快速回复 返回顶部 返回列表