碳纳⽶管左右螺旋镜像体的⾼纯度分离

作者: 魏⼩均副研究员, 刘华平研究员

来源: ACS Nano

发布日期: 2023-05-23 20:33:27

中国科学院物理研究所的团队通过发展⾼精度凝胶⾊谱分离技术,成功实现了单⼀⼿性碳纳⽶管的⾼纯度分离,特别是(6,5)碳纳⽶管左右螺旋镜像体的分离纯度达到了98%,这是迄今为止的最高水平。

⽬前的碳纳⽶管⽣⻓技术还⽆法实现碳纳⽶管左右螺旋镜像体的选择性⽣⻓,因此⽣⻓后的碳纳⽶管结构分离是获得碳纳⽶管镜像体的唯⼀途径。碳纳⽶管的结构分离主要可以分为⾦属/半导体分离、单⼀⼿性分离、和镜像体分离。对⽐⼴泛研究的⾦属/半导体分离和单⼀⼿性分离,镜像体分离是碳纳⽶管结构分离的终极⽬标,要求更精密的分离技术,能够同时识别碳纳⽶管的⼿性和螺旋性。

这导致了碳纳⽶管镜像体的最⾼分离纯度(⼩于90%)远低于⾦属/半导体和单⼀⼿性的分离纯度,限制了碳纳⽶管镜像体的物性探索与功能应⽤。因此,如何有效分离制备出⾼纯度的碳纳⽶管镜像体材料⼀直是碳材料研究领域的前沿热点问题,同时也是⼀项富有挑战性的研究课题。

中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理研究中⼼先进材料与结构分析重点实验室A05组魏⼩均副研究员、刘华平研究员⻓期致⼒于碳纳⽶管的结构分离、表征与应⽤。近年来,该团队发展了⾼精度凝胶⾊谱分离技术,实现了不同种类单⼀⼿性碳纳⽶管的⾼纯度宏量分离,为碳纳⽶管的产业化分离制备奠定了重要技术基础。

最近,该团队在开展碳纳⽶管⻓度分离的基础上,系统研究了不同⻓度碳纳⽶管镜像体和凝胶之间的相互作⽤⼒,并发现了凝胶⾊谱法对⻓碳纳⽶管具有更⾼的镜像体选择性。基于此发现,提出了⼀种通过控制碳纳⽶管⻓度来实现⾼纯度镜像体分离的策略。此外,为了减⼩碳纳⽶管原材料在分散过程中的剪短效应,采⽤了⼀种更温和的脉冲式超声模式来制备低缺陷⻓碳纳⽶管分散液。

最终从该分散液中成功分离出了单⼀⼿性(6,5)碳纳⽶管左右螺旋镜像体,其镜像体纯度⾼达98%。⽬前的分离纯度明显⾼于过往所有的报道,达到了迄今为⽌的最⾼⽔平。分离得到的碳纳⽶管镜像体在圆⼆⾊光谱中展现出了完美的对称性,为今后碳纳⽶管镜像体的标准化表征与评价奠定了重要基础。同时,⾼纯度碳纳⽶管镜像体的成功分离制备也将开拓出⼀系列其性质研究与功能应⽤的新机遇。

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