北大破解碳纳米管制备难题

研究成果发表于《自然》杂志

本报北京7月1日电 （记者赵婀娜）单壁碳纳米管可看作是由石墨烯沿一定方向卷曲而成的空心圆柱体，根据卷曲方式（通常称为“手性”）的不同，可以是金属性导体或带隙不同的半导体。这是碳纳米管的一个独特而优异的性质，但也为碳纳米管的制备带来了巨大的挑战，用一般方法合成的样品均为不同结构的碳纳米管组成的混合物，单一手性单壁碳纳米管的选择性生长成为一个难题，经过国际上20余年的努力仍悬而未决，这已经成为碳纳米管研究和应用发展的瓶颈。对这一难题，北京大学化学与分子工程学院李彦课题组最近提出了一种可能的解决方案，文章发表于6月26日的《自然》杂志。

据预测，基于硅基CMOS集成电路的微电子技术在未来10年左右将趋近于发展的极限，发展后摩尔时代的纳电子技术已迫在眉睫。2009年，国际半导体路线图委员会推荐基于碳纳米管和石墨烯的碳基电子学技术作为未来10-15年可能显现商业价值的新一代电子技术。材料是碳基电子学发展的基础和关键，然而迄今人们仍没有办法实现碳纳米管的结构可控生长，这已经成为制约碳基电子学发展的瓶颈问题。

日本科学家饭岛澄男1991年在电子显微镜下观察到了碳纳米管，自此以后在国际上掀起了碳纳米管研究的热潮。

李彦教授课题组十几年来一直致力于单壁碳纳米管的可控生长研究，特别是在催化剂研究方面开展了深入系统的研究，形成了自己的特色。基于对碳纳米管生长催化剂性能的深入了解，他们提出了一种利用具有固定结构的催化剂来调控生成的单壁碳纳米管结构的方案。他们发展了一类钨基合金催化剂，这种催化剂纳米粒子具有非常高的熔点，能够在单壁碳纳米管生长的高温环境下保持其晶态结构和形貌。同时，这类催化剂本身具有独特的结构。利用这种钨基合金纳米晶为催化剂，就能够生长出具有特定结构的单壁碳纳米管。

他们工作的创新性主要体现在以下几点：1）提出了一种实现单壁碳纳米管结构可控制备的方法；2）发展了一种新型的钨基合金催化剂；3）提出了在温和条件下制备钨基合金纳米晶的新方法。