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yexuqing木蟲之王 (文學(xué)泰斗)
太陽系系主任
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碳納米管左右螺旋鏡像體的高純度分離
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中國科學(xué)院物理研究所 北京凝聚態(tài)物理國家研究中心 A05組供稿 第39期 2023年05月09日 碳納米管左右螺旋鏡像體的高純度分離 目前的碳納米管生長技術(shù)還無法實現(xiàn)碳納米管左右螺旋鏡像體的選擇性生長，因此生長后的碳納米管結(jié)構(gòu)分離是獲得碳納米管鏡像體的唯一途徑。碳納米管的結(jié)構(gòu)分離主要可以分為金屬/半導(dǎo)體分離、單一手性分離、和鏡像體分離。對比廣泛研究的金屬/半導(dǎo)體分離和單一手性分離，鏡像體分離是碳納米管結(jié)構(gòu)分離的終極目標，要求更精密的分離技術(shù)，能夠同時識別碳納米管的手性和螺旋性。這導(dǎo)致了碳納米管鏡像體的最高分離純度（小于90%）遠低于金屬/半導(dǎo)體和單一手性的分離純度，限制了碳納米管鏡像體的物性探索與功能應(yīng)用。因此，如何有效分離制備出高純度的碳納米管鏡像體材料一直是碳材料研究領(lǐng)域的前沿?zé)狳c問題，同時也是一項富有挑戰(zhàn)性的研究課題。 中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理研究中心先進材料與結(jié)構(gòu)分析重點實驗室A05組魏小均副研究員、劉華平研究員長期致力于碳納米管的結(jié)構(gòu)分離、表征與應(yīng)用【Adv. Sci. 2022, 9, 2200054】。近年來，該團隊發(fā)展了高精度凝膠色譜分離技術(shù)，實現(xiàn)了不同種類單一手性碳納米管的高純度宏量分離【Sci. Adv. 2021, 7, eabe0084; Nat. Commun. 2023, 14, 2491; Carbon 2023, 207, 129】，為碳納米管的產(chǎn)業(yè)化分離制備奠定了重要技術(shù)基礎(chǔ)。 最近，該團隊在開展碳納米管長度分離的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)研究了不同長度碳納米管鏡像體和凝膠之間的相互作用力，并發(fā)現(xiàn)了凝膠色譜法對長碳納米管具有更高的鏡像體選擇性�；诖税l(fā)現(xiàn)，提出了一種通過控制碳納米管長度來實現(xiàn)高純度鏡像體分離的策略。此外，為了減小碳納米管原材料在分散過程中的剪短效應(yīng)，采用了一種更溫和的脈沖式超聲模式來制備低缺陷長碳納米管分散液。最終從該分散液中成功分離出了單一手性（6,5）碳納米管左右螺旋鏡像體，其鏡像體純度高達98%。目前的分離純度明顯高于過往所有的報道，達到了迄今為止的最高水平。分離得到的碳納米管鏡像體在圓二色光譜中展現(xiàn)出了完美的對稱性，為今后碳納米管鏡像體的標準化表征與評價奠定了重要基礎(chǔ)。同時，高純度碳納米管鏡像體的成功分離制備也將開拓出一系列其性質(zhì)研究與功能應(yīng)用的新機遇。 以上研究成果以“Length-Dependent Enantioselectivity of Carbon Nanotubes by Gel Chromatography”為題，于4月24日在線發(fā)表于ACS Nano期刊上【ACS Nano 2023, https://doi.org/10.1021/acsnano.2c12853】。該工作得到了中科院物理所解思深院士和周維亞研究員的支持與指導(dǎo)。魏小均副研究員為論文第一/通訊作者，劉華平研究員為共同通訊作者。上述研究工作得到了國家重點研發(fā)計劃項目（grant nos. 2020YFA0714700 and 2018YFA0208402）、國家自然科學(xué)基金項目（grant nos. 51820105002, 11634014, 51872320, and 52172060）、中科院項目（grant no. XDB33030100, QYZDBSSW-SYS028）、以及中科院青促會（grant no. 2020005）的支持。 文章鏈接：https://doi.org/10.1021/acsnano.2c12853 TOC圖 圖1：（6,5）和（5,6）碳納米管鏡像體的長度分離與表征。（a）基于長凝膠柱的碳納米管長度分離示意圖。（b）流出（6,5）和（5,6）碳納米管溶液在570 nm處的色譜圖。（c,d）（6,5）和（5,6）碳納米管長度分離后F1和F6溶液的AFM圖和對應(yīng)的長度分布。（e）長度分離后（6,5）和（5,6）碳納米管的平均長度。 圖2：（6,5）和（5,6）鏡像體長度分離后吸收光譜和圓二色光譜表征。（a,b）（6,5）和（5,6）碳納米管長度分離后F1-F6溶液的吸收光譜。插圖：F1-F6溶液在572 nm處的吸光度。（c,d）（6,5）和（5,6）碳納米管長度分離后F1-F6溶液的圓二色光譜。插圖：F1-F6溶液在572 nm處的圓二色強度。 圖3：長度分離后（6,5）和（5,6）鏡像體圓二色光譜強度和長度關(guān)系表征。（6,5）和（5,6）碳納米管長度分離后F1-F6溶液的E22吸光度歸一化后的圓二色光譜。（c,d）（6,5）和（5,6）碳納米管長度分離后F1-F6溶液的E22吸光度歸一化后的圓二色光譜強度（CDnorm）和碳納米管長度的關(guān)系。 圖4：從低缺陷長碳納米管分散液中分離得到的高純度（6,5）和（5,6）光譜表征及鏡像體純度評價。（a？c）從長碳納米管分散液中分離得到的（6,5）和（5,6）碳納米管吸收、熒光、和圓二色光譜。（d）不同方法分離的（6,5）和（5,6）碳納米管的鏡像體純度比較。 Length-Dependent Enantioselectivity of Carbon Nanotubes by Gel Chromatography.pdf Recent Advances in Structure Separation of Single‐Wall Carbon Nanotubes and Their Application in Optics, Electronics, and Optoelectronics (1).pdf |
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