【原创资讯】日本名古屋大学研究人员首次成功合成莫比乌斯碳纳米带

为了有效地将结构和功能联系起来，纳米碳 nanocarbons领域科学家必须首先获得结构均匀的纳米碳，理想情况下是单分子。在纳米技术、光学、电子和生物医学应用中创建功能材料需要构建结构均匀的纳米碳。

分子纳米碳科学是利用合成有机化学自下而上生成纳米碳的方法，是实现这一目标的重要工具。然而，迄今为止已经合成的分子纳米碳具有简单的结构，如环状、碗状或带状。

为了实现未经探索和理论预测的纳米碳，很有必要开发新的方法来合成具有更复杂结构的分子纳米碳。

由Kenichiro Itami（名古屋大学教授）、Yasutomo Segawa（分子科学研究所副教授）和Yuh Hijikata（ICReDD特聘副教授）领导的一组研究人员现在合成了一种具有扭曲Möbius莫比乌斯带拓扑的带状分子纳米碳，即莫比乌斯碳纳米带。

在 2017 年，我们报道了首次化学合成的碳纳米带（一种超短碳纳米管）以后，莫比乌斯碳纳米带成为科学界的梦想分子。就像我们每天使用的皮带一样，我们想象着我们的“分子带' 拧紧时会发生什么，这应该是另一个惊人的美丽分子。

Kenichiro Itami，名古屋大学教授

扭曲的莫比乌斯碳纳米带的性质和分子运动应该与正常带拓扑的性质和分子运动完全不同。然而，产生这种扭曲说起来容易做起来难。

我们从之前的碳纳米带合成中知道，应变能是合成中最大的障碍。此外，带状结构内的额外扭曲使最终目标分子的应变能更高。实际合成成功的关键是我们的分子设计和反应条件的详细检查。

Yasutomo Segawa，分子科学研究所副教授

通过对莫比乌斯碳纳米带的带形和扭曲分子结构产生的巨大应变的理论分析，找到了合理的合成路线。采用新设计的功能化反应、Z-选择性Wittig反应序列和应变诱导镍介导的均偶联反应制备了莫比乌斯碳纳米带。

光谱分析和分子动力学模拟表明，溶液中莫比乌斯带的扭曲部分在莫比乌斯碳纳米带分子周围快速移动。利用手性分离和圆二色光谱，实验证实了莫比乌斯结构产生的拓扑手性。

新形式的碳和纳米碳不断为新的科学和技术打开大门，目前的工作是一项开创性的成就，为具有复杂拓扑结构的纳米碳材料的发展以及基于莫比乌斯拓扑的新型材料科学的出现奠定了基础。

参考来源：Segawa, Y., et al. (2022) Synthesis of a Möbius carbon nanobelt. Nature Synthesis. doi.org/10.1038/s44160-022-00075-8.