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世界頂級材料合成科學家

生活更新时间:2024-11-13 05:41:32

獲得結構均勻的納米碳--最好是單分子--是納米碳科學領域的一個巨大挑戰，從而能适當地将結構和功能聯系起來。因此，結構均勻的納米碳的合成對于開發納米技術、電子學、光學和生物醫學應用中的功能材料至關重要。

世界頂級材料合成科學家（科學家合成夢想分子）1

實現這一目标的一個重要工具是分子納米碳科學，它是一種自下而上的方法，利用合成有機化學創造納米碳。然而之前合成的分子納米碳都是一些簡單的結構，如環狀、碗狀或帶狀的結構。為了實現未開發的和理論上預測的納米碳，有必要開發新的方法來合成具有更複雜結構的分子納米碳。

現在，由Kenichiro Itami（名古屋大學教授）和Yasutomo Segawa（分子科學研究所副教授）及Yuh Hijikata（ICReDD特别任命的副教授）領導的研究小組已經合成了一種帶狀的分子納米碳，其具有扭曲的莫比烏斯帶拓撲結構，即莫比烏斯碳納米帶。

“莫比烏斯碳納米帶是科學界的一個夢想分子，此前我們在2017年報道了第一個化學合成的碳納米帶--超短碳納米管。就像我們每天使用的皮帶一樣，我們想象着當我們的‘分子皮帶’被扭緊後會發生什麼，”該研究小組的負責人Kenichiro Itami說道。這樣一個扭曲的莫比烏斯碳納米帶跟那些正常的帶狀拓撲結構相比，應該表現出相當不同的特性和分子運動。然而創造這種扭曲說起來容易，做起來難。“我們從以前的碳納米帶的合成中知道，應變能量是合成中最大的障礙。此外，帶狀結構内的額外扭曲使最終目标分子的應變能更高，”該項目共同負責人Yasutomo Segawa說道，“實際合成成功的關鍵是我們的分子設計和對反應條件的詳細檢查。”

合理的合成路線是通過對莫比烏斯碳納米帶的帶狀結構和扭曲的分子結構所産生的巨大應變進行理論分析而确定的。莫比烏斯碳納米帶是通過14個化學反應步驟合成的，齊總包括新開發的功能化反應、Z-選擇的Wittig反應序列和應變誘導的鎳介導的同質耦合反應。光譜分析和分子動力學模拟顯示，莫比烏斯帶的扭曲分子在溶液中圍繞莫比烏斯碳納米帶分子快速移動。源自莫比烏斯結構的拓撲手性則在實驗中用手性分離和圓二色光譜法得到了證實。

回顧曆史，新形式的碳和納米碳一直為新的科學和技術打開大門并導緻發現了非同尋常的特性、功能和應用。本項工作是一項開創性的成就，其為具有複雜拓撲結構的納米碳材料的發展和利用莫比烏斯拓撲學的創新材料科學的誕生鋪平了道路。

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